Was beinhaltet die MIPI A-PHY Automotive SerDes Spezifikation?

Hochgeschwindigkeits-Serienverbindungen sind grundlegend für schnellen Datentransfer in vielen Anwendungen, wie Netzwerkausrüstung, Speicher und hochauflösende Video-/Grafikanwendungen. Angesichts der Tatsache, dass die Kosten heutiger Autos so stark von der Elektronik getrieben werden, ist es überraschend, dass eine Spezifikation für automotive SerDes bis vor kurzem nicht verfügbar war. Im September dieses Jahres veröffentlichte die MIPI Alliance die MIPI A-PHY v1.0 Spezifikation für automotive SerDes, um eine Standardisierung von Hochgeschwindigkeits-Serienschnittstellen für Automobile ADAS durchzusetzen.

Bei jedem neuen Standard und auch bei ADAS steckt viel dahinter; die neue Spezifikation definiert Schnittstellenstandards für Surround-Sensor-Anwendungen, soll aber auch Unterstützung für höhere MIPI-Spezifikationen bieten. Wenn Sie ein Automobil-Systemdesigner sind, lesen Sie weiter, um mehr über die neuen MIPI A-PHY Spezifikationen zu erfahren und wie sie mit anderen MIPI-Spezifikationen in neuen Automobilen interagieren wird.

Zusammenfassung zu Automotive SerDes

Immer wenn eine neue Spezifikation herauskommt, stellt sie eine potenziell große Veränderung in der Elektroniklandschaft dar. Automotive SerDes, wie in MIPI A-PHY definiert, spricht aktuelle Trends im Systemdesign an und wird hoffentlich den OEMs in der Automobil-Elektronikindustrie das nötige Vertrauen geben, viele Technologien zu integrieren, die Sicherheit und Fahrerlebnis verbessern.

Standards in der MIPI A-PHY Spezifikation

Die Tabelle unten listet einige der Anforderungen in der MIPI A-PHY Spezifikation auf.

Warum brauchen wir Automotive SerDes?

Es ist fair zu fragen, welches spezielle Problem durch die neue A-PHY Spezifikation gelöst wird? Eine Zeit lang waren die Schnittstellen und Interaktionen zwischen anderen MIPI-Spezifikationen (C-PHY und D-PHY) und Hochgeschwindigkeits-Serienlinks in Automobilen alle ad hoc und erforderten einige Brückenelemente für die Datenumsetzung. Jetzt, mit hochauflösenden Kameras, Displays, Umgebungssensoren, Infotainment und mehr als Standard in neuen Fahrzeugen, wurde eine Schnittstelle, die dieses Niveau der Integration anspricht, notwendig.

Das Ziel bei der Entwicklung der MIPI A-PHY Spezifikation ist zweigeteilt:

• Systemdesign zu vereinfachen, indem andere Hochgeschwindigkeits-Serienprotokolle (CSI-2, DSI-2, DisplayPort usw.) über lange gemeinsame Links übertragen werden können;

• Letztendlich die Brücken-ICs zu eliminieren, die derzeit verwendet werden, um zwischen verschiedenen Schnittstellen zu übersetzen.

Wie oben zu sehen ist, soll die A-PHY Spezifikation eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit extrem niedriger Fehlerquote bieten. Andere MIPI-Protokolle auf denselben physischen Kanal zu konsolidieren, ist auch sehr nützlich für die Systemvereinfachung. Hier können die Brücken-ICs in diesen Systemen eliminiert werden, wie unten diskutiert wird.

Durch die Eliminierung der Notwendigkeit für Brücken-ICs und die Ermöglichung der Übertragung über Langstrecken-Serienlinks können die Gesamtkosten der Stückliste (BOM) reduziert werden, und Entwickler müssen nicht komplexere Protokolle (z.B. Automotive Ethernet) für die serielle Übertragung verwenden. Insgesamt wird die Integration verschiedener Geräte und Protokolle auf einer einzigen physischen Ebene Systemingenieuren helfen, die Sicherheitsanforderungen in ISO 26262 und die Anforderungen des Automotive Safety Integrity Level (ASIL) zu erfüllen.

Um zu sehen, wie dieser neue Standard die Designumgebung in neuen Fahrzeugen vereinfachen kann, hilft es, sich einen zeitgenössischen Anwendungsfall anzusehen.

Kamera- und Display-Anwendungsfall

Das Bild unten zeigt den idealisierten Einsatz von A-PHY für die nahe Zukunft. Dieser Anwendungsfall zeigt, wie Daten von einer Kamera (CSI-2-Eingang) über einen A-PHY-Kanal übertragen werden können, und der Rx-Transceiver gibt die Daten an ein Display (DSI-2-Ausgang) aus. Auf der Leiterplatte werden Daten direkt zwischen den Transceivern übertragen; der Ausgang vom Transceiver geht direkt in die physische Schicht, anstatt auf einen Brücken-IC zu treffen.

Beispiel für eine MIPI A-PHY-Verbindung. [Modifiziert von: Quelle]

Im Gegensatz dazu ist der aktuelle Stand der Dinge, dass das Protokoll zwischen den Transceivern proprietär ist, oder jeder verwendet einfach ein anderes Design und Protokoll. Darüber hinaus wird die Übertragung/Empfang an jedem Ende des Kanals durch die Brücken-ICs vermittelt.

Ein Beispiel für einen solchen Brücken-IC ist der Renesas ISL76321ARZ. Dieser IC wäre verantwortlich für das Einspeisen von Daten in einen SerDes-Kanal, genau wie jeder andere Serializer-IC für SerDes-Kanäle, anstatt dass ein MCU oder ein anderer Prozessor Daten direkt an das Ziel überträgt. Diese Arten von Komponenten haben andere nützliche integrierte Funktionen, aber die Standardisierung kann die Notwendigkeit eines solchen Schnittstellenchips nur zur Bereitstellung der seriellen Datenübertragung eliminieren. Ein Beispielanwendungsschaltbild, das die serielle Übertragung über ein verdrilltes Paarkabel zeigt, ist unten dargestellt.

Typisches Anwendungsschaltbild für den Renesas ISL76321ARZ. [Quelle: ISL76321ARZ-Datenblatt]

Bei kommenden neuen Fahrzeugen und in zukünftigen autonomen Fahrzeugen wird das MIPI A-PHY Protokoll die Sensorfusion ermöglichen, indem es höher gelegene Protokolle in einen einzigen physischen Kanal mit weniger vermittelnden Komponenten konsolidiert. Diese Notwendigkeit, Sensordaten über Hochgeschwindigkeitskanäle zu fusionieren, ist für autonome Fahrzeuge von entscheidender Bedeutung, die Hochgeschwindigkeitsdatenströme von einer Vielzahl verschiedener Sensoren benötigen. Neuere Entwürfe für autonome Fahrzeuge müssen zudem all diese Daten verarbeiten und ein Fahrzeug mit sehr geringer Latenz steuern. Der MIPI A-PHY-Standard ermöglicht diese Aspekte, um ein sichereres und erfüllenderes Fahrerlebnis zu schaffen.

Weitere benötigte Komponenten für das Automotive SerDes-Design

Da die MIPI A-PHY-Spezifikation brandneu ist, sind Transceiver, die dem Standard entsprechen, noch nicht verfügbar. Es gibt jedoch einige andere Komponenten, die benötigt werden, um sicherzustellen, dass neue Produkte den Standards in der MIPI A-PHY-Spezifikation entsprechen können.

Zusätzlich zu MIPI A-PHY-kompatiblen Transceiver-Komponenten werden Designer mit mehreren Herausforderungen konfrontiert sein, da neue Fahrzeuge zu mobilen IoT-Geräten werden. Einige Komponentenanforderungen umfassen:

• MCUs, FPGAs und andere Prozessoren

• RF-Leistungsverstärker

• Passive Komponenten

• Komponenten zur Bildaufnahme

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