应用笔记 4019

LVDS为汽车应用提供可靠的视频接口


摘要 : 汽车视频应用中,降低视频干扰的途径是用数字信号替代模拟信号。最有效的视频传输方案是采用低电压差分信号(LVDS)接口,因为它具有较低的信号幅度(0.35V)和差分架构,可大大降低电磁辐射。

新型汽车电子信号格式变化最快的是视频,几年以前,车载设备中的视频显示还仅限于导航系统的小尺寸显示屏,确切地说,它只是一个导航电子装置,有些豪华型汽车借助同一显示器播放电视信号。视频信号从电视接收机到显示器输出需要传输相当长的距离,图像格式是称为复合视频基带信号(CVBS)的模拟信号。

近几年,随着汽车电子技术的发展,对视频源、显示设备和视频传输线的开发取得了较大进展,本文讨论了相关的发展趋势。

把导航显示器与电子系统分离开,使显示器可以安装在便于驾驶者观察的位置,这种分离需要添加视频传输线。现在,由于汽车上安装了越来越多的显示设备,包括用于显示速度、转速、汽车状态的电子仪表盘,后排座多媒体播放器(乘客能够观看电视或DVD等),各个显示器都需要视频传输线。

新一代汽车还可能配置各种摄像机用于辅助驾驶,例如后视镜摄像机、夜视镜以及路标识别摄像机,而每个摄像机都需要通过视频传输线连接到显示设备。

车体内部迅速增加的传输线,特别是这些传输线越来越长,使得模拟CVBS信号的传输非常困难。这些信号格式不能承受汽车的电磁干扰,同时,大屏幕显示与越来越高的分辨率进一步加剧了视频干扰(如多径干扰)。

减小视频干扰的一种方案是用数字信号取代模拟信号,视频信号线本身不能产生干扰。已经证明,低压差分信号(LVDS)能够为数字视频传输提供最合理的连接。小信号幅度(0.35V)、差分结构使LVDS传输线具有最小的电磁辐射。

第一代LVDS传输器件(如MAX9213/MAX9214)已经安装在汽车上,可提供一路时钟输出和三路数据,利用LVDS发送/接收器连接导航显示屏(图1)。三路并行输出需要达到图像传输所要求的速率,时钟用于同步传输。

图1. 第一代LVDS收发器有8路输出。
图1. 第一代LVDS收发器有8路输出。

第一代LVDS器件的缺陷是需要四对儿双绞线(8路输出)达到所要求的数据传输速率,8条数据线使机械结构变得复杂,难以安装,与一对儿传输线相比成本要高得多。第二代LVDS器件对此进行了改进,例如MAX9247/MAX9248 (图2),采用一对儿双绞线同时传输数据和时钟。

图2. 第二代LVDS收发器有2路输出。
图2. 第二代LVDS收发器有2路输出。

第二代芯片组的一个重要功能是可以选择电容输出耦合方式,LVDS器件通常不具备该功能。利用这种耦合方式可以避免发送器与接收器之间的地电位偏差问题。采用直流耦合时,这一潜在的电位差可能导致数据无法传输,甚至产生过大的电流损坏器件。

使用电容去耦时,需保证发送数据不要沿着一个方向长时间地为电容充电,例如,在发送一长串“1”时即可出现这种情况。第二代器件,例如:MAX9247或MAX9248采用“直流均衡”技术解决了上述问题。当检测到发送数据中存在一长串1或0时,将对部分数据进行反相后发送。当数据到达接收器时,对这部分数据再次反相,恢复到原来的格式。利用这种方式可以避免对电容的过度充电,发送器会通知接收器每一批数据是按照正常格式还是反相格式发送的。

第二代器件的速度能够达到42MHz,数据速率高达1.15Gb。时钟频率的提高导致更强的电磁辐射,可利用扩频传输技术减小EMI。扩频技术在时钟频率中加入抖动,将原来的EMI峰值能量扩散在较宽频带。由于能量不变,EMI的最大峰值被减小(图3)。

图3. 扩频技术降低EMI。
图3. 扩频技术降低EMI。

第二代LVDS数据传输器件主要为大屏幕应用设计。汽车内部各种摄像机的连接并不需要很高的传输速度,针对这种应用,Maxim的第三代LVDS器件采用低时钟速率,并减少了并行数据总线的宽度。

第三代器件用于控制数据的传输(主要用于摄像机的连接,也可用于显示器),用来设置显示器亮度和对比度,或摄像机的灵敏度。目前系统中使用的是CAN、LIN或UART传输总线,这些方案需要更多的器件、电缆,占用更大的空间,成本较高。第三代器件将用LVDS接口传输控制数据,避免使用其它接口。
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