在汽車行業(yè)，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、網(wǎng)聯(lián)車載娛樂系統(tǒng)(IVI)和新興的自動駕駛系統(tǒng)(ADS)等功能，比以往任何時候都更加重要，它們使車輛更安全并改善了駕駛體驗(yàn)。然而，它們也在帶來新的需求，這些需求不僅增加了復(fù)雜性，還使產(chǎn)品開發(fā)變得更昂貴和更耗時。
汽車制造商面臨著壓力，不僅要導(dǎo)入最新功能，同時還要控制成本、最大限度地降低功耗并確保電子系統(tǒng)在車輛壽命周期內(nèi)可靠、安全。滿足這些期望需要新的車內(nèi)連接方法，尤其是連接傳感器和顯示器與其相關(guān)電子控制單元(ECU)之間的物理層接口。
2021年，研究公司Canalys估計(jì)，在美國、歐洲、日本和中國等主要市場銷售的新車中，約有三分之一具有ADAS功能。它還預(yù)測，到2030年，道路上的所有汽車中有一半將啟用ADAS。
圖1：配備ADAS或ADS的車輛裝有大量的攝像頭和傳感器，可實(shí)現(xiàn)360度可視性，從而對車內(nèi)連接提出了新需求。
高端ADAS可能使用多達(dá)12個或更多的攝像頭，以及雷達(dá)、激光雷達(dá)(LiDAR)和超聲波傳感器，從而實(shí)現(xiàn)360度能見度、車道保持輔助、交通標(biāo)志識別和自動緊急制動等安全功能。許多車輛還配備內(nèi)部攝像頭來監(jiān)控駕駛的警覺性。自動駕駛汽車則配備了更多的傳感器，對分辨率和性能的要求也在全面增長。
新的電子功能還需要更多、更大、更高分辨率的顯示器。如今，帶有各種電子儀表、平視顯示器和使用車外攝像頭的虛擬鏡子的數(shù)字駕駛艙，已經(jīng)很普遍。中央堆棧、乘客側(cè)和后座顯示器正在不斷改進(jìn)，以便利用不斷增長的基于云的娛樂、導(dǎo)航和本地信息資源。
研究公司IHS Markit預(yù)測，到2026年，34.1%的新乘用車將配備各種數(shù)字儀表，41%的中央堆棧顯示器將達(dá)到9英寸或更大。IVI顯示器的尺寸通常超過12英寸，分辨率高達(dá)3,840×2,160像素。
這些零部件的激增引發(fā)了圍繞網(wǎng)絡(luò)性能、復(fù)雜性和安全性的問題。將更多零部件連接到處理器——通過可能跨越整個車輛的鏈路——增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。傳統(tǒng)上，每個傳感器或顯示單元都有自己的接線連接到相關(guān)的ECU，這就增加了線束重量和制造成本。同時，提高圖像捕獲和顯示的分辨率和幀速率，也對OEM提出了挑戰(zhàn)，這就意味著在不增加布線的情況下，要在每條鏈路上提供更高的帶寬。
隨著安全關(guān)鍵用例的增長，汽車接口需要通過功能安全特性來滿足行業(yè)要求，例如符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到汽車安全完整性等級(ASIL)中的B到D級。車載傳感器和ECU之間的連接，需要在車輛的整個生命周期內(nèi)的所有條件下都受到保護(hù)，以防止錯誤或丟失的數(shù)據(jù)導(dǎo)致駕駛或車輛出錯。從ECU到各種應(yīng)用中所用顯示器的鏈路也是如此，例如來自備用和停車輔助攝像頭的視頻饋送。
傳感器和顯示器連接的標(biāo)準(zhǔn)化方法，可以幫助制造商滿足這些要求。它可以免除對專有解決方案昂貴、耗時的集成和測試，從而避免新功能導(dǎo)入的延遲?；跇?biāo)準(zhǔn)接口的互操作性，也可以讓更多的新從業(yè)者進(jìn)入市場，而讓OEM有更多的供應(yīng)商可供選擇。
MIPI聯(lián)盟透過MIPI汽車SerDes解決方案(MASS)提供了這種方法，這是一個端到端框架，用于具有內(nèi)置功能安全(以及正在開發(fā)的安全性)的可靠、高性能鏈路。MASS通過讓OEM能夠利用A-PHY (首個標(biāo)準(zhǔn)化的非對稱長距離SerDes物理層接口)在車輛上實(shí)施通用汽車接口協(xié)議，使復(fù)雜性大為降低。
作為MASS框架的基礎(chǔ)，A-PHY提供了更高的性能和靈活性，以及安全關(guān)鍵型應(yīng)用所需的可靠性和彈性。其最大下行鏈路數(shù)據(jù)速率已從A-PHY v1.0中的16Gbps，增加到今年早些時候推出的A-PHY v1.1中的每鏈路32Gbps，而未來路線圖則為64Gbps甚至更高。在v1.1中，最大上行鏈路數(shù)據(jù)速率也增加了一倍，從100Mbps提高到200Mbps。10-19的超低數(shù)據(jù)包誤差率和高抗噪性，則可在車輛的整個生命周期內(nèi)提供可靠的通信保證。
A-PHY等標(biāo)準(zhǔn)化接口可達(dá)15m，這樣的接口可以簡化集成，并降低各種架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)成本和復(fù)雜性。它支持在車輛任何地方的邊緣零部件和ECU之間建立鏈路，從而無需在短距離接口(例如MIPI C-PHY或MIPI D-PHY)和專有的長距離接口之間使用“橋接”處理器。A-PHY還支持制造商通過一根電纜將多套設(shè)備以菊花鏈方式連接到一個ECU。
A-PHY通過適配層支持多種現(xiàn)有接口協(xié)議，并且可以在各種拓?fù)浜团渲弥袑?shí)現(xiàn)，A-PHY v1.1增加了這種靈活性以支持更多類型的實(shí)現(xiàn)。
圖2：A-PHY v1.1增加了A-PHY的靈活性，支持Star Quad (STQ)電纜的使用。通過三個新的配置選項(xiàng)，OEM可以利用更多方式滿足連接需求。
A-PHY v1.1中增加了對Star Quad電纜的支持，這是一種具有兩個差分對的屏蔽電纜，如圖3所示。
圖3：Star Quad電纜橫截面示意圖。
它支持三種新配置：
雙下行鏈路配置，使用STQ電纜中的兩對導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)32Gbps的下行鏈路速率；
具有16Gbps下行鏈路和4Gbps反向鏈路的非對稱選項(xiàng)，可實(shí)現(xiàn)雙向高速數(shù)據(jù)傳輸。因此一根電纜可以服務(wù)成對的設(shè)備，例如共置攝像頭和顯示器；
對稱配置，通過一根STQ電纜提供16Gbps下行鏈路和16Gbps反向下行鏈路。
通過對低速齒輪提供PAM4編碼(支持窄帶寬、低于1GHz的操作)，A-PHY v1.1還支持制造商使用現(xiàn)有平臺上的傳統(tǒng)電纜或新平臺上的低成本電纜類型遷移到A-PHY。
A-PHY具有多種內(nèi)置功能安全特性，包括循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)、用于檢測數(shù)據(jù)包丟失的8位消息計(jì)數(shù)器，以及用于檢測通信丟失的超時監(jiān)視器。此外，其獨(dú)特的重傳方案(RTS)，可恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)包，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接，從而提高抗噪能力，并最大限度地減少數(shù)據(jù)包誤差。另外，MASS框架還包括協(xié)議棧上層功能安全的附加功能。
MIPI A-PHY等標(biāo)準(zhǔn)化接口將繼續(xù)以更高的帶寬和更大的靈活性向前發(fā)展，這將使制造商能夠在滿足未來互聯(lián)、自主、共享和電動的汽車車型新要求的同時，享有更多的可能性。