[摘抄]汽車電子LVDS收發器及TI、Maxim方案對比

正文之前

    在汽車行業，大家都習慣把經過單根同軸線纜傳輸數字視頻信號的方式叫做LVDS（低壓差分信號）傳輸。但其實在視頻領域，LVDS視頻信號是一種完全不同的信號，pin數一般至少6根，主要用來做產品內部的視頻數據傳輸（有點類似eDP、DVP或MIPI），比如，電視機內部的主板與顯示器TCON板之間的視頻傳輸很可能就是使用LVDS信號。下圖就是我拍攝的某電視機主板上的LVDS信號插座，pin數多達40。

 

 

    汽車電子行業因為歷史原因，習慣上把同軸線傳輸數字視頻的方式叫LVDS。跟上面提到的LVDS完全不是一回事。這一點務必需要注意。下面的LVDS，也統統指的是汽車電子領域的LVDS。

正文

    TI跟Maxim（美信）都已經在LVDS視頻傳輸方案上耕耘多年，TI的LVDS視頻傳輸方案TI稱之為FPD-Link，Maxim的LVDS視頻傳輸方案Maxim稱之為GMSL。兩者的基本原理相似，兩者都是通過將每秒幾十到幾百兆個像素點（每個像素點16bit-32bit長度）做串行化為Gbps級的數據包，並通過單根同軸線或一對雙絞線進行最遠長達10-15m的傳輸。這種純數字的方案相比於傳統的模擬方案清晰度更高，穩定性更好，易於診斷，因此在車載領域得到了廣泛的應用。除了TI跟Maxim之外，類似方案的玩家還有Rohm（方案稱之為ClocklessLink），THine（方案稱之為V-By-One），Inova（方案稱之為APIX），Sony（方案稱之為GVIF）等。

    LVDS視頻傳輸方案可以分為兩種類型，一種是Camera Link，另一種是Display Link。 可以參考下圖：

 

 

 

    不管Camera Link還是Display Link，都是LVDS方案。Camera Link是主機接收攝像頭傳出的視頻信號時使用的，Display Link是主機向顯示屏發送視頻信號時使用的。因為視頻的時鍾源不同，以及Display Link對於HDCP之類的額外需求，這兩類LVDS方案對應着不同的收發器IC。

    我們討論的方案是主機連接攝像頭的方案，因此以下所有討論只限Camera Link部分。

    有意思的是，TI的FPD-Link研發跟Maxim的GMSL研發部門都在美國加州的San Jose，兩者相距10分鍾車程。

1. PoC性能

    我們使用一根同軸線進行LVDS視頻傳輸（Cam->主機）的同時，還需要傳輸電源（主機->CAM）與控制信號（主機->CAM）。因為電源一般是由DCDC生成，帶有很大的紋波，LVDS方案的傳輸電源（Power over Coax，PoC）性能不好的話，LVDS視頻信號會受到電源中的紋波的高頻諧波的影響，輕則導致視頻傳輸不穩定，嚴重的話必須使用兩根線同時連接主機跟攝像頭，一根專門用來傳輸視頻信號，另一根用來傳輸電源信號。

    目前TI的方案跟Maxim的方案都可以支持PoC。但TI跟美信的方案PoC能力相差比較大。TI代理商給的建議是只能用PoC來給攝像頭供電，但如果使用PoC來給紅外補光燈供電，風險會比較高。

	TI FPD-Link	Maxim GMSL
PoC最大電流	TI Reference Design最大約200-300mA	實測穩定傳輸1A以上
PoC最大功率	TI Reference Design最大約2W-3W	實測穩定傳輸7W以上

2. ESD性能

    車載應用比較關注接口芯片的ESD性能。一般接口ESD等級不足可以通過使用額外的ESD防護管解決。但LVDS視頻傳輸線不行。LVDS視頻傳輸線是非常高速的信號（一般大於1G），ESD防護管上的結電容會對信號質量造成致命影響，在LVDS視頻傳輸方案中難以使用。因此LVDS收發器芯片的ESD性能對整機的ESD性能有直接影響。

    TI的FPD-Link跟Maxim的GMSL做的是對標的產品，因此各家標稱的ESD等級參數相同：

Parameter	MAX96705A	MAX96707	MAX96709	MAX96705	MAX96711	MAX9271	DS90UB913A	DS90UB933
ESD 接觸放電	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV
ESD 空氣放電	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV

    實測發現，TI的FPD-Link方案在8kV接觸放電、15kV空氣放電的時候不會發生不可逆的物理損壞。但在8kV的接觸放電實驗時，TI的FPD-Link方案可能會發生滾屏現象，復現幾率大。6kV接觸放電的情況下，也會有概率可以復現該現象。TI原廠已經確認該問題，暫無相關解決方案。

    相比而言，Maxim的GMSL方案可以保證在8kV接觸放電、15kV空氣放電的時候，視頻信號不受影響。我司相關產品已經經過了我們實驗以及批量出貨、各種國標、部標、省標的驗證，抗干擾性優於TI的FPD-Link方案。

3. 歷史原因

    Maxim在LVDS視頻傳輸方案上的開發早於TI。以上對標的產品中，Maxim產品量產時間大部分都早於TI一到兩年。但TI在FPD-Link第一代、第二代甚至更早期的視頻傳輸接口相關積累早於Maxim。

4. 交期

    因為不同半導體廠商的交期一直在動態變化中，就2018年總體而言，TI的交期差於Maxim。就2019年看，Maxim交期差於TI。當然這個跟很多其他因素有關，原廠支持力度、代理商支持力度都對這個有較大影響。另外上述對標產品中，MAX96705A、MAX96705、MAX9271是可以P2P替換的，缺料情況下可替代方案較多一些。

5. 價格

    相同性能而言，Maxim的方案成本略優於TI的方案。在量較大的情況下TI的價格可能可以更低。

6. 市場份額

    市場份額這邊因為缺乏官方調查報告，評價可能有些主觀。但綜合各方觀點（原廠、代理商、模組廠、主機廠、車廠以及IDH）看來，在車載Camera Link方面，Maxim的方案大概占到市場一半左右或更多。剩下的絕大多數被TI吃掉，最后留下一點點，被Rohm、THine等公司瓜分。

7. 兼容性

    市面上的所有的LVDS視頻傳輸方案互不兼容。因此橫向對比沒有意義。

    但就自家的LVDS視頻傳輸方案看，TI的FPD-Link方案分為FPD-Link I、FPD-Link II、FPD-Link III。目前主流的是FPD-Link III，跟之前的FPD-Link I、FPD-Link II都不兼容。

    Maxim的GMSL方案分為GMSL（一代）以及GMSL2。GMSL2跟GMSL（一代）是兼容的。也就是說，Maxim的CAM LVDS方案，收發器之間可以隨意搭配。TI的還需要特別注意FPD-Link的系列，不同系列的不能實現互相收發。

    當然了，TI的FPD-LINK III家族方案超級多，完全可以滿足對不同接口、速率、分辨率的傳輸要求，個別速率下產品比Maxim的更為豐富，所以不見得在這一方面TI的具有什么劣勢。只是在選型的時候需要注意，不要不小心一端選了FPD-LINK II另一端選擇了FPD-LINK III。

8. 樣品支持力度

    TI對研發樣品支持較大，Maxim對研發樣品支持較少。但這個評價也相對比較主觀，主要看供應商、代理商支持力度，以及項目合作情況而定。

 

    總體而言，綜合PoC性能、ESD性能、公司研發歷史、交期、價格、市場份額、方案成熟度及可靠性方面，Maxim方案比TI方案稍微具有一點點優勢，但差別非常小。兩家都是市面上的主流方案，用量非常大。

    但需要注意的是，以上的對比有兩個前置條件：

• 1. 車載領域；
• 2. 攝像頭與主機之間的LVDS連接。

    如果拋開這兩個前置條件，本文的結論不一定成立。比如，在主機與顯示屏連接的LVDS方案里，我個人主觀感覺TI方案就比Maxim方案更有優勢一些。

 

附表：TI vs Maxim串行器相關的性能對比表格

Parameter	MAX96705A	MAX96707	MAX96709	MAX96705	MAX96711	MAX9271	DS90UB913A	DS90UB933
輸入類型	CMOS/LVCMOS	CMOS/LVCMOS	CMOS/LVCMOS	CMOS/LVCMOS	CMOS/LVCMOS	CMOS/LVCMOS	LVCMOS	LVCMOS
Data Rates(Mbps)	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1200	1600
Input Bits	16	14	14	16	14	16	12+H+V	12+H+V
CRC	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y
PCLK Range	Up to 116MHz	Up to 116MHz	Up to 116MHz	Up to 116MHz	Up to 116MHz	Up to 116MHz	Up to 100MHz	Up to 100MHz
Package	5×5 QFN	4×4 QFN	4×4 QFN	5×5 QFN	5×5 QFN	5×5 QFN	5×5 QFN	5×5 QFN
CRC校驗	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y
供電	1.8V	1.8V	1.8V	1.8V	1.8V	1.8V	1.8V	1.8V
ESD 接觸放電	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV	±8kV
ESD 空氣放電	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV	±15kV
專用GPO	有	有	有	有	有	有	有	有
Line fault	無	無	無	無	有	無	無	無
其他	兼容MAX9271			兼容MAX9271		兼容MAX96705

 

Q&A

 

1.  2021年3月31日 上午9:18

   您好，想請教下關於LVDS和mipi在車載領域的應用，目前adas和自動駕駛領域關於攝像頭的數據傳輸一般采用哪種方案

    2021年4月7日 上午2:13

   • 一個是內部使用的，一個是外部使用的。MIPI不能傳遠距離，但LVDS可以傳10米甚至更長

      
2. 2021年4月10日 下午3:56

   原來如此，感謝分享！另外請教下，常見的ADAS/360環視用的4PIN HSD接口，這里的LVDS視頻信號並不是差分線，只是占用其中一根pin？其余3pin有定義用途嗎？

   •  2021年5月18日 下午11:30

     HSD沒有固定的用途，我見過有用來走一對LVDS線+一堆電源供電線的，也見過走車載以太網的，也有走百兆以太網的。

      
3. 2021年4月12日 下午6:36

   你好，對於新的MIPI APHY規範是否會取代FPD-LInk & GMSL? 或是APHY出現的主要動機請問你的意見?
   請問要透過什麼方式跟您聯絡呢? 謝謝

   •  2021年6月2日 上午1:12

     APHY能否在未來有很大發展主要取決於幾大廠家是否力挺。我認為未來10年內比較難取代FPD-LINK或者GMSL，主要是因為目前TI跟Maxim兩大陣營推廣APHY對於擴大自己的市場份額無益，反而讓其他IC廠商更容易設計出替代品，可能會降低TI&Maxim的市場份額。從這個角度而言我認為TI跟Maxim都不會投入APHY的懷抱中。其他廠家可能會選擇擁抱APHY但發展不會那么快，主要因為FPD-LINK或者GMSL在產品中成對出現，要更新的話必須一起更新，迭代起來沒那么快。

      

      

      

      

     由  劉文浩 · 發布日期 2020年4月6日 http://www.liuwenhao.me/?p=3905