FPD-Link III：以较低成本实现更多功能

作者：Mark Sauerwald，汽车连接与以太网应用工程师

平板显示器链路 III（也称为 FPD-Link III）是一种可用于众多汽车应用的接口，能进行点对点视频传输。该接口可通过低成本线缆（双绞线或同轴线缆）支持高清数字视频传输和双向控制通道。FPD-Link III 串行解串器经过精心优化，既适用于处理器与显示器之间的链路，又适用于处理器与摄像头之间的链路（图 1）。本文将概括介绍这些链路，以及它们在不久的将来有望取得的技术发展和怎样才能最充分地利用该技术。



不久以前，摄像头在汽车上还属于新鲜事物，主要用于较大型车辆在倒车时观察车后距离的情况，而如今，即便在低成本经济型汽车中配备倒车摄像头也不足为奇。随着汽车技术的不断发展，车辆中的摄像头应用将会-越来越丰富，同时摄像头本身也将变得越来越复杂精密。

倒车摄像头有助于驾驶员直观了解车后距离的情况，但若仅使用后视镜，即便可以观察，也颇为不方便。下一步的发展是全景可视系统 (surround-view system) 。在典型的全景可视系统中，车上将安装四个摄像头，一个在车头，一个在车尾保险杠上，两个分别位于车身两-侧，用于后视。每个摄像头均采用鱼眼镜头，这样根据所生成的四幅影像，可以合成观察车身四周状况的完整影像。在全景可视系统中，可将四幅鱼眼影像提供给德州仪器 (TI) DRA74x“Jacinto 6”等视频影像处理器进行处理。

该处理器不仅可消除鱼眼失真，调整可见视点，而且还可将四幅影像合并在一起，生成汽车的虚拟俯瞰视图，从而有助于驾驶员清晰地查看车辆前后或左右的任何障碍物。

当处理这些影像时，影像的特定部分会被放大，而其余部分则会被压缩。为了保持高影像质量，像素的密度应高于标准肉眼观察所要求的密度。当前的汽车影像生成器可支持 1 百万像素 (MP) 的影像，而 2MP 影像生成器也即将问世。为了支持新一代影像传感器，专为 2MP 影像生成器精心优化的全新串行解串器设计方案对汽车设计人员而言将指日可待。随着这些影像器对数据速率提出更高要求，为之提供支持的新一代接口也将应运而生。

汽车视觉系统演进发展的另一个方面是，业界正从使用倒车摄像头等单摄像头系统进一步发展到使用多个摄像头。在使用多个摄像头的情况下，影像生成器同步化已成为至关重要的特性。在全景可视应用等应用领域，实现所有影像器的同步可使影像处理轻松易行。但是，在-使用两个摄像头交替工作以创建车前3D 立体影像场景的情况下，也需要使用同步来判定移动对象的准确位置，也就是说甚至能判定从移动车辆上看到的静态对象的准确位置。新一代系统将必须具备支持多个完全同步摄像头的潜能。

在许多领域，为现有技术增添更多功能都会让互联更复杂、成本更高昂。例如，若要为家庭 DVD 播放机和视频监视器之间的链路添加写保护，就需要将模拟同轴线缆更换为 HDMI 线缆。这种全新的连接方法不仅可实现更好的画质，同时还能提供写保护。但付出的代价是需要使用成本高得多的线缆/连接器生态系统，而且也难以支-持较长距离的连接。

汽车中也存在类似的问题，EPD-LINK III 经扩展后，能够使用相同的双绞线线缆将来自蓝光.播放器或服务-器的版权保护内容传输至后座娱乐显示屏。本技术规范能在不造成介质成本增加的情况下实现这一功能，也不会缩短无版权保护能力的老式介质的传输距离。图 1 即为体现这种技术的芯片组。在这些器件中，过去通过独立导体传输的相同信息现在经编码后就可使用 FPD-Link III 方式传输，即与视频内容共享同一传输导体。

将视频从摄像头传输给处理器，或是将视频从蓝光播放器传输到显示屏，只是处理工作的一部分。在这两种情况下，都需要从相反的方向传输控制信号。具体就摄像头而言，处理器需要配置影像生成器。对于后座娱乐显示屏而言，用户界面通常为触摸屏，而且触摸命令必须从屏幕发送回处理器。

FPD-Link III 可使用集成型返回通道处理该事物，这不仅允许使用同一条同轴线缆或双绞线向一个方向传输视频，同时还能提供共享同一导体的独立双向控制通道。这样就能使用轻薄且灵活度高的低成本线缆。但还需要解决电源问题，摄像头和显示器都需要电源。

能否使用同一线缆既给设备供电又能提供通信链路？

通过同轴线缆供电

同时使用同一线缆进行供电和通信的关键在于需要思考线缆的频域特征。FPD-Link III 上的视频转发通道和双向控制通道之所以能够共享同一线缆，原因在于这两个-信号在频域中占用的空间不同。以 DS90UB913A-Q1 和DS90UB914A-Q1 为例，控制通道占用的频域是从大约1MHz 到大约 5MHz 不等。视频通道占用的频域是从大约 70MHz 到大约 700MHz 不等。为同一线缆添加电力传输功能必须避免干扰上述两个频段中的任意一个。

对于同轴线缆供电 (POC) 而言，需要使用电路将输入信号分为两个支路（图 2）。其中一路负责传输用于POC 电路的 DC 电源，另一路负责传输无 DC 电源的信号。要实现这种效果，需要在信号路径这一支路上布置一个元件，以便让回传和转发通道的信号通过，但会阻断 DC。简单地使用一个电容器就可以达到这个目的。



0.1μF 电容器从回传通道频段 1MHz 开始直到 700MHz 上限都具有非常低的阻抗。该电容器在市场上随处有售且价格低廉。就 0.1μF 电容器的寄生电感而言，0603 电容器在 1nH 左右，就所使用的频段来说不会有什么影响。要将 AC 信号与 DC 电源进行分离，这一规格的电容可谓理想选择。

对于另一个支路，要做到既通过 DC 电源又避免干扰 AC 信号，难度较大。由于数据通道穿过的是阻抗受控制的传输线路，因而在整个转发通道的频段内，该低通电路的阻抗必须维持在较高水平。

要让电源电路避免干扰数据通道，该电路的阻抗必须比线缆的特征阻抗高大约 20 倍。以 50Ω的同轴线缆为例，该阻抗在1MHz 到700MHz 范围内必须大于1KΩ。如果有理想的导体，就可用于这一应用。

但令人遗憾的是，找到理想导体的难度比找到理想电容器的难度更大。要在回传通道使用的 1MHz 较低频段上得到 1k.以上的阻抗，需要 100μH 的电感器。但典型的 100μH 电感器都会有寄生电容，会在频率高于70MHz 时阻抗降至低于 1k.。因而它会干扰转发通道。

图 3 是一些不同导体的阻抗随频率变化的曲线图。注意，阻抗会先上升到寄生电容占主导的特定点，然后下降。从图上可以看出，100μH 的导体能够良好地阻断控制通道，因为其阻抗从 1MHz 到 5MHz 都是大约 1k.。但是，当转发通道为 150ΜHζ时，该阻抗下降到大约200.。解决方案是使用配备两个串联电感器的电路。其中 100μH 的电感器用于阻断控制通道，而另一条较小的电感器则用于阻断视频通道。对于第二个电感器而言，大约 5μH 的电感就非常合适。



要求的物理特性决定了电感器的值（100 μH 和4.7μH），但实际尺寸由铁芯维持磁场的能力决定。

从物理原理来说，尺寸较小的电感器会有较低的饱和电流。使用较小电感器的方法之一是降低电路的电流需求，这可以通过提高由同轴线缆传输的电压来实现。如果摄像头需要1.5W 的功率，且用同轴线缆传输5V 电压，那么所需的电流就是 300mA 。所选用的 100μH 电感器可能是能够容许的最小物理尺寸（7毫米 x 7毫米 x 4 毫米）。但是，如果使用 12V 供电，那么只需要125mA 的电流。支持这一较低电流的电感器在物理空间尺寸上比支持 300mA 的电感器小四分之三。