车用电子中宽带视频开关矩阵/驱动器及传输技术

一. 引言

由于汽车配件市场的需求增长强劲，带单个CVBS和单声道音频信号输出的传统单显示器汽车DVD已无法满足市场对多个显示器 (驾驶人员和乘客) 和多个A/V (音讯/视频) 输入端 (如GPS分量输入、倒车/侧视摄像头输入和许多其他的辅助A/V输入) 的需求。本文将针对用于A/V信号调节的模拟视频应用给出全面的讨论。此外，还将探讨新的采用具有电流传输逻辑 (CTLTM) 技术的串行器/解串器解决方案的数字视频信号传输方案，并阐释这种技术在倒车后视摄像头模块中的作用。

二. 汽车DVD应用

图1所示为汽车DVD设计中的视频输出架构。从汽车DVD到TFT平面显示器的输出视频源不再是单纯的DVD复合视频输出，而可能是具有S视频、复合视频和分量视频等可配置视频格式的GPS系统输出。所有这些视频输出均馈送到视频开关中 (有多达12个输入或更多)，所有输入到输出的路由路径都通过在特定缓存器中写入数值而由I2C接口来控制。

采用宽带视频开关矩阵后，所有输入均可以最小失真与任意输出相连接，或向所有输出端群发，这样一来，车上乘客既能够收看相同的视频内容，也可以根据自己的喜好选择不同的内容。对绝大多数标准画质/逐行/高画质汽车DVD设计而言，100MHz的 -3db带宽都非常理想。视频开关矩阵的输出缓冲可提供可编程设计增益，以满足增益要求超过6dB的长电缆线应用要求。如果需要任何额外的滤波，可以在开关矩阵之后放一个带宽可选的视频滤波器 (8MHz/16MHz/32MHz) 作为重组滤波器。在这样的设计中，串扰是产品设计人员和用户都很关心的问题。因此，建议在设计时间就进行走线的电感和互感的优化。当然，如果需要，音频信号路径也可以采用类似于视频路径矩阵的开关矩阵和额外的基于运算放大器的主动滤波器，以便提高SNR。

三.  数字视频数据传输技术

随着汽车智慧市场的发展，基于传感器的智能视频系统已在中阶和高阶汽车市场广获采纳。例如，倒车和侧视摄像头就非常受消费者欢迎。数字接口，尤其是差动信号技术，由于具有更好的抗扰能力，并采用了可大幅减少摄像头模块和显示器之间线缆的串行/解串器架构，已取代传统的模拟视频传输技术，受到设计人员所广泛重用。这类应用中采用的典型差动信号技术是振幅只有350mV的低压差动信号 (LVDS) 技术。该技术的优势在于驱动器输出端的输出电流是恒定的，故具有恒定的边缘速率，过冲(overshoot)和下冲(undershoot)均可减至最小，从而在降低EMI辐射之余还能获得出色的信号完整性。而其主要限制因素在接收器端。接收器架构通常包含跨导放大器，后面紧跟一个I-V转换级。这种基于电压感测的架构主要依赖驱动器输出端电流来实现较高的吞吐量，并对电缆在线的电容性负载非常敏感。在汽车倒车摄像头应用中，当以较高数据率在较长线缆上传输数据时，这一点尤其显著。这时，一般在接收器端需要中继器来进行信号幅度恢复。

利用最新出现的真正电流感测传输技术CTL，可以获得令人满意的应用解决方案，如图2所示。串行器主要对摄像头模块产生的并行TTL输出信号进行串行化。然后，利用CTL技术在线缆上 (只有4条线) 传输经串行化的高速信号。在显示屏端，解串器对串行视频信息进行译码，使其重新恢复为并行TTL信号以驱动显示屏。这种架构的优点包括：更小的线缆/连接器尺寸、通过差动信令技术得以提高的信号抗扰度，以及比传统TTL乃至LVDS接口 (低至少10db) 小得多的EMI辐射 (振幅只有大约100mV)。

CTL I/O技术和LVDS技术之间的主要差异在接收器逻辑状态检测方案上。对于CTL接收器，它检测差动电流，而不是像LVDS技术那样检测差动电压。因此，CTL接口对电容性负载的敏感性比LVDS技术低得多，这一点非常适用于需要较长线缆的汽车倒车应用。因其采用真正电流检测方案，CTL技术不再需要高速LVDS数据路径通常必需的 LVDS中继器。此外，相比LVDS，CTL技术还节省70% 以上的功率 (CTL技术每通道为1mA，而LVDS I/O每通道为3.5mA)。对于这类高速设计，应予以重点关注的是高速串行信号布局中差动线需等长且等负载，以减小正负差动对间的摆幅。

四.  结语

市场对汽车音乐/显示系统更多功能的需求不断增长，继续推动信号传输/调节或模拟前/后端路由方面的高性能模拟产品的快速采纳。由于汽车市场发展势头强劲，在亚洲尤其是中国，这一市场领域越来越强大。对于具有多个显示负载的视频输出架构市场，高驱动能力和宽带宽视频开关矩阵/滤波器，以及低EMI差动信号技术将会非常流行。