浅谈车载SerDes芯片的线缆检测功能

随着汽车电动化和智能化时代的到来，车载摄像头和显示屏的数量越来越多。作为车载高清视频传输的主流方案，车载SerDes通过同轴线缆或差分线缆，在车内几米至十几米的距离内，传输每秒Gbit量级的数据，因此车载SerDes使用的线缆往往质量要求较高，布设方式更为严苛，旨在尽可能减少线缆上信号的衰减并降低故障率。

说到线缆故障，对于传输低频信号而言，其故障往往是信号线与其它线路短路或者发生断路。但对于车载SerDes线缆，建立物理连接形成电流通路只是基本前提，为保证传输的稳定和可靠，高频信号传输特性决定了传输线缆阻抗连续且接头连接紧密，所以车载SerDes线缆的故障表现更复杂，例如，连接器接头氧化导致接触电阻变大；布线时弯折角度过大或绝缘层损坏导致局部线缆阻抗突变;以及线缆本身制作工艺控制不严格导致的阻抗不连续等，都会导致SerDes信号衰减，其载SerDes常用同轴线缆为例，原则上要求特征阻抗为载SerDes常用同轴线缆为例，原则上要求特征阻抗为50Ω土10% (或者50Ω土5Ω),一旦线缆特征阻抗超出此范園，都可视为发生故障。

虽然车载SerDes对信号衰减存在容忍度，特征阻抗即使超出上述要求，视频未必看出异常，却会成为风险点。当叠加其它负面影响，例如EMC干扰信号影响或高低温导致元器件性能下降，就有可能导致偶发性的视频异常;此外肉眼观察并不能分辨像素级的偶发错误，然而对于智驾应用必定难以接受。

工程技术人员解决线缆故障问题的方法无非更换根线缆，看似简单，但存在隐患。首先，故障现象在某一路摄像头画面不显示时，难以直接判断，故障出在线材还是设备?为此就得先拆设备交叉测试。如排除设备问题，确定是线材问题，还要具体确定是哪段线?毕竟车载主机到摄像头连线往往由多段线缆级联，不宜全换。即便换完后开机画面正常，看似解决而余量多大未知，更难避免小概率问题重现，排查线缆故障问题耗费人力和时间成本。

解决车载SerDes线缆故障过程包含三个层面的分析:第一、明确故障是线材还是设备;第二、快速准确定位线材故障点;第三、预判风险。由此评估线缆检测方案优劣。

纵观当今市场上主流车载SerDes方案，GMSL/FPD-LINK依靠外加电阻并结合芯片内部电压/电流检测电路，通过读取相关寄存器可判断同轴电缆芯线是否存在对地短路、对电源短路、断路，且如果使用POC供电只能检测是否对地短路(图1是不带有POC功能的GMSL检测原理，图2是带有POC功能的GMSL检测原理，图片均来自其官网)。ASA标准中没有介绍检测原理，但也有相关寄存器描述，可检测线缆是否存在断路、线间短路、对电源短路; APHY标准中没有涉及线缆故障问题的处理。因此，上述方 案对完成前文提到三个分析只能提供有限信息，通常并不能让问题的解决过程简化。

图1

图2

图片来源：https://www.analog.com/en/resources/design-notes/how-to-use-gmsl-linefault- . detection-for-power-over-coax.html

新近发布的“国产”HSMT标准可提供很好的线缆故障检测方案令人振奋。HSMT除要求能检测线缆开路、短路，还要求能定位故障位置，误差1米以下，性能指标易于联想到车载以太网。车载以太网领域相关标准文档中，就提到采用基于TDR故障检测技术，并因成熟可靠得到产业应用，已有厂商推出手持式检测仪，支持通过TDR的检测方式评估线缆质量。

以天津瑞发科半导体为代表的芯片厂商，已量产支持HSMT标准的车载SerDes芯片组，其中集成TDR检测电路(如图3所示)，SerDes发送特定幅值激励信号，通过测量反射信号的幅值及时延，可判断链路上是否存在发生阻抗突变的故障点。这样不仅可以检测到信号线对地短路、对电源短路、信号线断路、线缆接触不良等故障，而且可以测量故障点到信号源的距离。无需额外增加检测设备尤为重要，甚至可以不拆解线缆和相关零件，使问题的排查和定位变得非常简单。

图3

通过下面的表格对比HSMT和GMSL方案线缆故障检测的功能差异( APHY标准未涉及线缆故障检测，ASA尚未有量产型号推出，未列入对比)。

进而车载SerDes中集成TDR检测电路，还可用于线缆的品质检验。毕竟,车载SerDes线缆供应商出货时，不会逐条线缆都做阻抗-致性的检测。 车辆组装完成后，可以“顺便”测-下线缆是否存在风险。

总之，车载SerDes芯片中集成基于TDR的线缆故障检测功能，对于车厂而言，无论是作为售后的维修的排查手段，还是作为出货时的一种质量管控手段，都具有很好的实用价值。

（本文来源于《EEPW》202407）