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      車載連接,從模擬轉向數字能為行業帶來什么?

      2023-04-10 16:05
      智車科技IV
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      本文來源:智車科技 

      /導讀/

      ChatGPT引爆了存算一體大算力數字芯片的需求,之所以能有ChatGPT,很大程度上仰仗數字技術的支撐。數字技術是人類歷史上最為偉大的發明之一,包括編碼、壓縮、傳輸、調制與解調等技術。它利用0和1兩位數字編碼,即可通過計算機、光纜、通信衛星等設備處理和傳輸信息。

      雖然數字的表示方法很簡單,但其代表的信息既可以是離散的,如數字、字母等,也可以是連續的,如聲音、圖像和測量結果等。如今,數字技術已成為涵蓋大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、人工智能的五大技術體系。

      不過,在號稱最先進的智能網聯汽車中,車載數據的傳輸卻還在沿用燃油車時代的模擬信號傳輸方法,F在,這種局面正在改變。

      01

      模擬與數字傳輸的權衡

      雖然模擬傳輸不必考慮傳輸的內容,具有理想狀態下的極高分辨率、直觀且易于實現,處理方法簡單,而且沒有量化誤差,能準確描述物理量的優點,但其致命的缺點在于:

      · 信號幅度連續變化且比較弱,經過一定距離后都會衰減,因此傳輸距離短,較遠距離需要使用功放;

      · 抗干擾能力弱,在傳輸過程中容易受到各種疊加噪聲的干擾,且很難消除;信號保密性差,通信內容易被竊聽。

      數字傳輸的優點,首先是數據完整性,其傳輸信號幅度是離散的,二進制信號取值只有兩個,接收端只需判別兩種狀態,只要噪聲的大小不足以影響正確判別就能正確接收。其次是抗干擾能力強,可以在確保不讓衰減危及數據完整性之前,將數字信號傳輸到一定的距離;為了能夠到達較遠的傳輸距離,可以使用轉發器。第三是能夠有效利用帶寬,經過數字編碼的信號具有安全性和保密性。

      因此,鑒于數字傳輸的優點,通信領域普遍認為使用數字傳輸方式更好。在汽車中,傳感器、攝像頭獲取的一些物理量,如速度、溫度、壓力等都是模擬信號,需要轉換為數字信號送入計算機進行運算處理;然后再將處理結果轉換為ECU(電控單元)的模擬信號來驅動執行機構。

      2

      汽車數據傳輸現狀如何?

      車輛內布線架構示意圖

      現在,汽車行業正在從私有協議轉向開放標準,一些整車廠已意識到數據傳輸是智能網聯汽車車載通信的瓶頸,他們希望使用數字信號、開放標準替代之前使用的私有協議。

      所謂私有協議是指一些半導體廠商基于其私有技術自定義的非開放標準。目前汽車應用中使用的SerDes就是這種專有方案,它意味著如果不是所有的組件都來自同一芯片供應商,廠商之間的組件是不能搭配使用的。

      SerDes中的Ser和Des分別代表串行器(Serializer)和解串器(Deserializer),其主要功能是將低速并行信號轉換為高速低壓差分信號(LVDS)并通過串行鏈路進行發送和接收。早期的SerDes技術應用于基于光纖介質的遠距離廣域網通信,隨著數據傳輸速率的不斷提升,這一技術已拓展到其他應用領域。

      由于SerDes具有高速傳輸特性,近年來汽車領域也在將其作為一種實現高速連接的選擇。2020年9月,MIPI聯盟發布了車載高速互聯標準A-PHY,發展勢頭迅猛;2021年,IEEE標準協會將A-PHY列為其標準之一,各大知名整車廠都計劃將其加入下一代解決方案。

      MIPI聯盟部分成員

      其實,首個符合MIPI A-PHY標準的芯片組推出時間并不長,卻已有超過30家潛在客戶和合作伙伴正在對其進行評估,包括安波福(Aptiv)、LG Innotek、豪威科技(Omnivision)、安森美(onsemi)、Mobileye、英特爾、索尼、日本住友電氣(Sumitomo Electric)、舜宇光學(Sunny Optical)、是德科技、Leopard Imaging等,其中有8家是整車廠,有望在下一階段將MIPI A-PHY芯片集成到其ADAS平臺中。

      MIPI聯盟成員持續推進A-PHY生態發展

      3

      為汽車而生的A-PHY

      那么,MIPI A-PHY標準和傳統SerDes有什么區別呢?未來是否會在汽車應用中共存呢?近日,Valens高級副總裁兼汽車業務主管Gideon Kedem表示:“兩者的最大區別在于MIPI A-PHY是一個全球通用的開放性標準,芯片供應商可以按照這個標準去設計、研發并生產相應的MIPI A-PHY的芯片!睋Q句話說,由于沒有專利方面的限制,只要具備技術能力的任何芯片廠商都可以開發和制造滿足MIPI A-PHY標準的芯片。

      事實上,A-PHY就像以太網標準一樣,有助于在行業內建立更好、更規范的生態,所以很多芯片玩家都在開發和生產滿足A-PHY協議的芯片。未來,國內外將會有越來越多A-PHY芯片廠商出現,但不同芯片廠商的研發能力不同,做出來的產品在性能或性價比上會有一些差異。

      目前除了首先推出滿足MIPI A-PHY協議芯片組的Valens,還有LG Innotek等廠商也加入了開發生產MIPI A-PHY芯片模組的行列。MIPI A-PHY陣營的合作者還有英特爾(代工服務)、高通(通信芯片)、NVDIA(人工智能)、日本星電(連接器)、索尼(圖像傳感器)、是德科技(測試測量)、OmniVision(圖像傳感器)、舜宇光學(車載攝像頭)、蘇州首傳(通信芯片)、賽德斯-奔馳(整車)、Mobileye(傳感器)等。

      4

      MIPI A-PHY的應用場景

      迄今為止,市面上符合MIPI A-PHY標準的芯片組并不多,但其有助于應對當前電動汽車發展諸多挑戰——控制復雜性、車身重量和總連接成本——方面的優勢引發了圍觀效應。

      在汽車信號傳輸距離方面,以往的協議如C-PHY和D-PHY主要用于短距離ECU視頻傳輸,而A-PHY適合更遠距離信號傳輸,如從攝像頭到ECU的長距離數據傳輸,傳輸距離長達15米。

      對傳輸距離最撓頭的汽車應用場景是大型車輛,一直以來,其盲區問題備受行業和社會關注。大型商用車輛(貨車、卡車等)視覺盲區范圍大,倒車時交通事故風險極高。盡管世界各地政府和非政府組織都發布了指導方針,但對卡車司機而言,倒車最安全可行的方法莫過于下車觀察。

      政策方面,2022年12月,我國也發布了《機動車輛間接視野裝置性能和安全》標準,其一大亮點是規定了機動車可以取消傳統光學后視鏡,合法安裝電子后視鏡。

      2022年初,美國重卡公司Stoneridge拖車搭載了專門解決卡車后方視野問題的VA600R芯片組,實現了后置攝像頭與車廂顯示屏的連接。在惡劣噪聲環境中,它以長達40米的高速數據鏈路解決了關鍵安全隱患,提升了道路安全性,同時降低了整車廠的運營成本。

      在惡劣噪聲環境中支持長達40米高速數據鏈路

      自2020年起,梅賽德斯-奔馳的多款量產車型的車載信息娛樂系統也搭載了VA60xx芯片組,包括Harman、大陸、molex及博世等為奔馳供貨的Tier1。以奔馳車為例,未來自動變速器控制單元(DCU)、發動機控制、中央控制電動門鎖控制等幾大模塊將可能分別使用一個或兩個這樣的芯片。

      另外,獨立機構A2MAC1的《基于UTP的MIPI A-PHY技術》報告顯示,對比傳統基于GMSL(千兆多媒體串行鏈路)的解決方案,采用MIPI A-PHY環視系統的保時捷純電動跑車Taycan節省了約17-27美元成本;普通乘用車可節省約10-20美元。這源于MIPI A-PHY芯片可以使用成本更低的線纜線束和連接接口架構,有助于大幅降低整體系統成本。

      基于MIPI A-PHY的環繞影像系統顯著降低了Taycan成本

      汽車電動化是大勢所趨,但電動汽車內部署的線纜數量和重量已達上限。為了實現可持續發展,線纜簡化是必經之路。使用基于MIPI A-PHY的連接解決方案能夠簡化車輛線纜布局,減少線纜數量和重量。測算顯示,與傳統內燃機車對比,平均減重可達30-40%。

      自動駕駛方面,在ADAS推動下,汽車行業正在經歷向傳感器融合的重大轉型,以滿足安全性應用所需的數據和功能。但是,連接汽車和傳感器、處理器之間的基礎設施仍有待提升。

      目前,一些整車廠已搭載800萬像素攝像頭和1500萬像素攝像頭,隨著車載攝像頭的升級,汽車對傳輸帶寬和速率有了更高的要求。MIPI A-PHY技術的一大優勢是能夠按比例提升傳輸數據速率,現在的芯片組可以實現8Gbps傳輸速率,預計2025年推出的產品可以達到16Gbps,32Gbps的芯片也在研發當中。

      在未來每輛車平均搭載10-20個攝像頭和若干激光雷達、毫米波雷達的情況下,基于MIPI A-PHY標準的連接架構可以在域控制器整合不同傳感器數據,然后由一條電纜傳輸至中央處理平臺。不管是單車智能,還是智能網聯,亦或是軟件定義汽車(SDV),都離不開零延遲傳輸傳感器數據的汽車連接硬件基礎。

      5

      整車廠何去何從?

      在汽車行業,GMSL或FPD-Link等都是模擬信號傳輸的私有協議,而MIPI A-PHY除了開放,還有更多優勢:支持超高帶寬、零延遲及優異的EMC性能,可保證汽車安全和時間敏感型應用的高速連接;滿足汽車結構的各種限制,降低空間、重量和復雜性要求。

      采用MIPI A-PHY標準的下一代車輛安全連接芯片組使用非屏蔽雙絞線和簡單連接器即插即用,能夠極大地降低系統總成本,為汽車制造商提供高效的解決方案;跀底衷O計的芯片可以成比例提高傳輸速率,也可以利用獨特機制處理EMI問題,應對汽車智能化、網聯化、電動化發展過程中電磁干擾越來越明顯的嚴峻挑戰。

      如舜宇集團舜宇智領總經理張寶忠所說:“身為亞洲領先的汽車零件供應商,我們觀察到MIPI A-PHY標準在行業中日益受到支持,并可為我們公司帶來重大商機!

      現在,越來越多整車廠希望使用開放標準替代私有協議,更何況數字傳輸比模擬傳輸具有更大的優勢呢。至于整車廠、Tier1和Tier2如何選擇,還需要權衡利弊,選擇最適合自己況的連接解決方案。

             原文標題 : 車載連接,從模擬轉向數字能為行業帶來什么?

      聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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