LVDS為汽車應用提供可靠的視頻接口

    新型汽車電子信號格式變化最快的是視頻，幾年以前，車載設備中的視頻顯示還僅限于導航系統的小尺寸顯示屏，確切地說，它只是一個導航電子裝置，有些豪華型汽車借助同一顯示器播放電視信號。視頻信號從電視接收機到顯示器輸出需要傳輸相當長的距離，圖像格式是稱為復合視頻基帶信號(CVBS)的模擬信號。

　　近幾年，隨著汽車電子技術的發展，對視頻源、顯示設備和視頻傳輸線的開發取得了較大進展，本文討論了相關的發展趨勢。

　　把導航顯示器與電子系統分離開，使顯示器可以安裝在便于駕駛者觀察的位置，這種分離需要添加視頻傳輸線。現在，由于汽車上安裝了越來越多的顯示設備，包括用于顯示速度、轉速、汽車狀態的電子儀表盤，后排座多媒體播放器(乘客能夠觀看電視或DVD等)，各個顯示器都需要視頻傳輸線。

　　新一代汽車還可能配置各種攝像機用于輔助駕駛，例如后視鏡攝像機、夜視鏡以及路標識別攝像機，而每個攝像機都需要通過視頻傳輸線連接到顯示設備。

　　車體內部迅速增加的傳輸線，特別是這些傳輸線越來越長，使得模擬CVBS信號的傳輸非常困難。這些信號格式不能承受汽車的電磁干擾，同時，大屏幕顯示與越來越高的分辨率進一步加劇  
了視頻干擾(如多徑干擾)。

　　減小視頻干擾的一種方案是用數字信號取代模擬信號，視頻信號線本身不能產生干擾。已經證明，低壓差分信號(LVDS)能夠為數字視頻傳輸提供最合理的連接。小信號幅度(0.35V)、差分結構使LVDS傳輸線具有最小的電磁輻射。

　　第一代LVDS傳輸器件(如MAX9213/MAX9214)已經安裝在汽車上，可提供一路時鐘輸出和三路數據，利用LVDS發送/接收器連接導航顯示屏(圖1)。三路并行輸出需要達到圖像傳輸所要求的速率，時鐘用于同步傳輸。



圖1. 第一代LVDS收發器有8路輸出

　　第一代LVDS器件的缺陷是需要四對兒雙絞線(8路輸出)達到所要求的數據傳輸速率，8條數據線使機械結構變得復雜，難以安裝，與一對兒傳輸線相比成本要高得多。第二代LVDS器件對此進行了改進，例如MAX9247/MAX9248 (圖2)，采用一對兒雙絞線同時傳輸數據和時鐘。



圖2. 第二代LVDS收發器有2路輸出

　　第二代芯片組的一個重要功能是可以選擇電容輸出耦合方式，LVDS器件通常不具備該功能。利用這種耦合方式可以避免發送器與接收器之間的地電位偏差問題。采用直流耦合時，這一潛在的電位差可能導致數據無法傳輸，甚至產生過大的電流損壞器件。

　　使用電容去耦時，需保證發送數據不要沿著一個方向長時間地為電容充電，例如，在發送一長串“1”時即可出現這種情況。第二代器件，例如：MAX9247或MAX9248采用“直流均衡”技術解決了上述問題。當檢測到發送數據中存在一長串1或0時，將對部分數據進行反相后發送。當數據到達接收器時，對這部分數據再次反相，恢復到原來的格式。利用這種方式可以避免對電容的過度充電，發送器會通知接收器每一批數據是按照正常格式還是反相格式發送的。

　　第二代器件的速度能夠達到42MHz，數據速率高達1.15Gb。時鐘頻率的提高導致更強的電磁輻射，可利用擴頻傳輸技術減小EMI。擴頻技術在時鐘頻率中加入抖動，將原來的EMI峰值能量擴散在較寬頻帶。由于能量不變，EMI的最大峰值被減小(圖3)。 



圖3. 擴頻技術降低EMI

　　第二代LVDS數據傳輸器件主要為大屏幕應用設計。汽車內部各種攝像機的連接并不需要很高的傳輸速度，針對這種應用，Maxim的第三代LVDS器件采用低時鐘速率，并減少了并行數據總線的寬度。

　　第三代器件用于控制數據的傳輸(主要用于攝像機的連接，也可用于顯示器)，用來設置顯示器亮度和對比度，或攝像機的靈敏度。目前系統中使用的是CAN、LIN或UART傳輸總線，這些方案需要更多的器件、電纜，占用更大的空間，成本較高。第三代器件將用LVDS接口傳輸控制數據，避免使用其它接口。