全新IC和拓扑结构 突破汽车数据网络瓶颈

今天的汽车设计人员面临着蕴含机遇的重大挑战：客户需要更多连接和图形，而且显然也愿意支付这笔费用。驾驶员和乘客自然是需要基本的操作信息，但他们也需要实时地图、娱乐和信息。如果他们已经习惯并且事实上已经喜欢在家庭和办公室环境中使用多个屏幕，那么在移动的汽车环境中怎么会不想要这些呢?

实际情况是，对于今天的年轻一代购车者，这种连接和显示器已经从“可有可无”变成了“必需品”。无论您称之为信息娱乐系统、智能驱动器接口、联网汽车、汽车云连接，还是冠以其他任何叫法，这种趋势都不会改变： 它正在成为除低端汽车外所有汽车的标准配件。

但我们还面临一个技术问题。固定的家庭/办公室环境中可管理的问题，在汽车环境中的情况却截然不同。支持多个屏幕不仅是计算能力的问题。它还涉及复杂布线、连接器、散热和信号完整性问题，所有这些问题错综复杂，严重制约汽车世界。

理论上，必须解决三个方面的问题： 图形处理内核、多显示器、图形引擎和显示器之间的高性能互连网络。考虑在汽车上装配仪表板、前座乘客侧面显示器、中央控制台，可能还有平视显示器[HUD]、后视摄像头甚至后座监控摄像头。最大的挑战就是：如何有效利用单个集中设置图形渲染和图像处理的内核，支持四个、五个甚至更多显示器和摄像头?

明显的解决方案是使用类似HDMI的大型标准PC电缆和接口，但出于多种原因，这种方法不能奏效。首先，这些电缆的布线工作量极大。其次，在嘈杂的汽车环境中，信号完整性也是一大难题，特别是在远距离情况下。另外，铜缆布线的成本和重量也是问题，并且连接器本身过大，比较笨拙。在条件恶劣的汽车环境中，可靠性和性能也得不到保障。

幸运的是，有一种解决方案可以利用现有的大众消费市场技术，通过调整经济、有效的方式，使其适用于汽车应用和环境。首先提到的是，今天的视频子系统能够支持3D流视频，左眼和右眼分别都能看到图像。

但通过使用Inova Semiconductors和ADI公司等领先IC供应商的专有技术，利用立体声视频格式和HDMI接口，解决带宽问题和物理连接问题。

该接口主干不使用19线HDMI电缆，而只需要一条4线电缆，通过两个线对提供差分信号，采用“星绞型四心”结构，具有100Ω标称阻抗。2007年推出的1 Gbps APIX链路(如图1所示)被证明高效而且可靠。

 

图1： 2007年推出的APIX千兆数据链路

当然，用户永远不会对速度满足，因此第二代AIPX2的速度实现了3 Gbps(如图2所示)，它可后向兼容原始APIX1，已从去年开始投入生产。

 

图2： 第二代APIX提供3 Gbps带宽。

AIPX2并非只是一个构想的概念，它目前已用于公路上行驶的汽车中。在2012年11月的电子展览会上，Inova公司便在ADI公司的展台演示了这款产品，它通过单根4线屏蔽双绞线电缆来传输两路未压缩高清视频流、多声道音频和100MB/s以太网数据。本次演示内容包括标准以太网协议连接的视频会议和远程显示器触摸表面，以及使用HDMI连接智能电话的实时用户界面和集成应用。

工作原理

APIX2以帧(微型数据包)为单位持续传输数据，并使用所谓的数据容器支持视频、音频和总线协议格式。(图3)必要的高速时钟由发送器件合成，并非来自图形处理器或摄像头的像素时钟;这使得链路对于像素时钟抖动具有高抗扰度，从而在相对较长的电缆上实现稳定可靠的传输。

 

图3： APIX2帧包含两个独立视频流，以及音频和以太网数据。

该架构可以实现简单、廉价的显示器“菊花链”连接，利用分路器与各个显示器连接。使用接口IC(例如ADI提供的ADV7680)，系统可以提供总线与支持HDMI的GPU或CPU之间的连接。

APIX2的净数据速率为2.8 Gbps(下行链路)和187.5 Mbps(上行链路);这样可以传输两个独立视频流、多通道数字音频和控制数据;此外，甚至还可以使用符合标准的独立接口(MII)来传输以太网数据。此方法支持最长12米的电缆距离(足以满足汽车需求)，因为其内部算法会不断调整数字滤波器，从而最大程度提高吞吐量和降低比特误差率。

另一个汽车应用无法忽略的问题是严格的EMC(电磁兼容性)辐射限制。APIX2技术的持续串行流提供能量频谱的均匀分布，整体辐射水平远低于允许的最大值。

未来的汽车： 不同于我们的想象

关于未来的汽车，人们有过无数猜想： 静音、飞行甚至自动驾驶。人们在自动驾驶领域取得了很大进展，例如Google就在从事这方面的工作，但这些预想家没有想象到汽车会覆盖如此密集的网络，连接至“云”，并且安装驾驶员显示器和乘客信息娱乐系统。汽车正在变成既是装配复杂仪器、大量数据和多台显示器的飞机驾驶舱，也是乘客甚至驾驶员的信息娱乐中心。

尽管如此，今天购车者(特别是习惯使用数字访问和连接的新购车者)的期望，使这成为市场的发展方向。对于汽车供应商，特别是提供这些产品的IC 供应商，这既是挑战也是机遇： 挑战是要以可接受的价格，满足客户对特性、功能和性能的期望，机遇则是为汽车增加有价值的内容，在增长市场上获得可观的利润和投资回报。