汽車攝像頭應(yīng)用利器：MAX96700 14位GMSL解串器深度解析

在汽車攝像頭應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?、穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。MAX96700作為一款專為汽車攝像頭應(yīng)用設(shè)計的14位GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）解串器，憑借其諸多卓越特性，成為了眾多工程師的首選。本文將對MAX96700進(jìn)行全面深入的解析，涵蓋其特性、工作模式、寄存器配置以及應(yīng)用注意事項等方面，希望能為電子工程師們在相關(guān)設(shè)計中提供有價值的參考。

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一、產(chǎn)品概述

MAX96700是一款緊湊型解串器，特別適用于汽車攝像頭應(yīng)用。它具有自適應(yīng)均衡和輸出交叉點(diǎn)開關(guān)等特性，嵌入式控制通道可在UART、I2C和混合UART/I2C模式下以9.6kbps至1Mbps的速率運(yùn)行，能獨(dú)立于視頻時序?qū)Υ?、解串器（SerDes）和攝像頭寄存器進(jìn)行編程。該解串器能夠跟蹤擴(kuò)頻串行輸入數(shù)據(jù)，串行輸入符合ISO 10605和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標(biāo)準(zhǔn)。其核心電源范圍為1.7V至1.9V，I/O電源范圍為1.7V至3.6V，采用32引腳（5mm x 5mm）TQFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C。

二、特性優(yōu)勢

（一）安全攝像頭應(yīng)用理想之選

• 低成本電纜兼容性：可與低成本的50Ω同軸電纜（或100Ω STP電纜）配合使用，降低系統(tǒng)成本。
• 錯誤檢測功能：具備視頻/控制數(shù)據(jù)的錯誤檢測能力，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
• 高抗擾模式：采用高抗擾模式，增強(qiáng)控制通道的EMC耐受性，保證通信的穩(wěn)定性。
• 數(shù)據(jù)重傳機(jī)制：當(dāng)檢測到錯誤時，可重新傳輸控制數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 低功耗設(shè)計：最大供電電流僅為190mA，實現(xiàn)了低功耗運(yùn)行。
• 自適應(yīng)均衡：支持15m電纜的全速自適應(yīng)均衡，有效補(bǔ)償電纜損耗。
• 小封裝設(shè)計：32引腳（5mm x 5mm）TQFN封裝，節(jié)省電路板空間。
• 同步編碼與跟蹤：具備水平和垂直同步編碼與跟蹤功能，確保視頻同步。

（二）高速解串能力

• 高數(shù)據(jù)速率：串行比特率最高可達(dá)1.74Gbps，滿足高分辨率攝像頭的數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 多模式數(shù)據(jù)支持：支持6.25MHz至87MHz x 12位 + H/V數(shù)據(jù)，以及36.66MHz至116MHz x 12位 + H/V數(shù)據(jù)（通過內(nèi)部編碼）。

（三）系統(tǒng)靈活性

• 多模式控制通道：控制通道支持9.6kbps至1Mbps的UART、I2C（帶時鐘拉伸）或UART - to - I2C模式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 攝像頭選擇功能：具備2:1輸入多路復(fù)用器，可實現(xiàn)攝像頭的選擇。
• 可配置地址：提供15個硬件可選的I2C設(shè)備地址，方便系統(tǒng)集成。
• 兼容性強(qiáng)：可與任何Maxim GMSL串化器配對使用。
• 交叉點(diǎn)開關(guān)：交叉點(diǎn)開關(guān)可將數(shù)據(jù)映射到任何輸出，實現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)路由。

（四）低EMI和屏蔽要求

• 擴(kuò)頻跟蹤：支持?jǐn)U頻串行輸入跟蹤，并將其轉(zhuǎn)換為并行輸出，降低EMI干擾。
• 寬電源范圍：核心電源為1.7V至1.9V，I/O電源為1.7V至3.6V，減少了對屏蔽的需求。

（五）系統(tǒng)驗證特性

• PRBS接收器：內(nèi)置PRBS接收器，可進(jìn)行誤碼率測試，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 眼寬監(jiān)測：眼寬監(jiān)測器可對高速串行鏈路進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)測試，實時監(jiān)測鏈路質(zhì)量。
• 專用GPI：提供專用的“Up/Down” GPI，可用于攝像頭幀同步觸發(fā)等用途。

（六）汽車級標(biāo)準(zhǔn)

• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C，滿足汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛環(huán)境要求。
• ESD保護(hù)：具備 ± 8kV接觸和 ± 15kV空氣的IEC 61000 - 4 - 2和ISO 10605 ESD保護(hù)，增強(qiáng)了設(shè)備的抗靜電能力。

三、工作模式與數(shù)據(jù)格式

（一）串行鏈路信號與數(shù)據(jù)格式

串化器對輸入的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾處理，并與前向控制數(shù)據(jù)相結(jié)合，然后進(jìn)行編碼并以幾倍于輸入字速率的單比特流輸出（取決于總線寬度）。解串器接收串行數(shù)據(jù)并恢復(fù)時鐘信號，再將數(shù)據(jù)解串、解碼和解擾為并行輸出數(shù)據(jù)和前向控制數(shù)據(jù)。

（二）工作模式

• 視頻/配置鏈路：在正常操作中，串化器運(yùn)行在視頻鏈路模式（SEREN = 1），視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)通過串行鏈路傳輸。當(dāng)SEREN = 0時，串化器關(guān)閉串行化功能。配置鏈路可在PCLK不可用時用于設(shè)置串化器、解串器和外設(shè)。通過設(shè)置SEREN = 0和CLINK = 1可啟用配置鏈路，當(dāng)PCLK建立后，可開啟視頻鏈路（SEREN = 1）。默認(rèn)情況下，視頻鏈路模式需要有效的PCLK才能運(yùn)行。通過設(shè)置AUTO_CLINK位 = 1（如果支持）和SEREN = 1，串化器可在PCLK不存在時自動在視頻鏈路和配置鏈路之間切換。
• 單雙模式操作：單模式和雙模式操作可將1.74Gbps的帶寬配置為多種寬度和字速率。單模式操作與所有GMSL設(shè)備兼容，每個串行字對應(yīng)一個并行字；雙模式操作每個串行字對應(yīng)兩個半寬度并行字，并行字速率范圍比單模式增加2倍。通過設(shè)置DBL = 0實現(xiàn)單模式操作，設(shè)置DBL = 1實現(xiàn)雙模式操作。
• HS/VS編碼：默認(rèn)情況下，GMSL為HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）分配視頻比特位。通過HS/VS編碼，設(shè)備可對特殊數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼以實現(xiàn)同步信號，從而釋放額外的視頻比特位。當(dāng)設(shè)備處于高帶寬模式（HIBW = 1）時，HS/VS編碼默認(rèn)開啟。DE僅在HIBW = 1且DE EN = 1時進(jìn)行編碼。當(dāng)HIBW = 0時，設(shè)置HVEN = 1可開啟HS/VS編碼（如果啟用DE，會占用一個視頻比特位）。HS/VS編碼要求HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）在有效視頻期間保持高電平，在消隱期間保持低電平。當(dāng)使用反極性同步信號時，可使用HS/VS反轉(zhuǎn)功能。
• 錯誤檢測：串行鏈路采用8b/10b編碼/解碼和1位奇偶校驗來檢測串行鏈路上的錯誤。還可選擇6位CRC校驗（以犧牲6個視頻比特位為代價，當(dāng)HIBW = 0時），激活6位CRC模式時，需先在遠(yuǎn)程端設(shè)備設(shè)置PXL_CRC = 1，然后在本地端設(shè)備設(shè)置。使用6位CRC模式時，單輸入模式（DBL = 0）下可用的內(nèi)部總線寬度減少6位，雙輸入模式（DBL = 1）下減少3位。此外，通過設(shè)置LINE_CRC_EN = 1可啟用32位視頻行CRC校驗，串化器計算視頻行的32位CRC并在消隱期間發(fā)送該信息，解串器將接收到的CRC與視頻行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)檢測到CRC錯誤時，解串器的LINE_CRC_ERR位會鎖存，讀取該位后錯誤清除。

（三）總線寬度

串行鏈路具有多種總線寬度設(shè)置，可確定并行總線寬度和相應(yīng)的并行字速率。串行鏈路的最大串行比特率為1.74Gbps，BWS位決定每個串行數(shù)據(jù)包的長度為30或40位，對應(yīng)最大串行數(shù)據(jù)包速率，從而確定最大并行字速率為58MHz（BWS = 0）或43.5MHz（BWS = 1）。解碼將30或40位的串行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為24、27或32位的并行比特。其中一位用于奇偶校驗，另一位用于控制通道，可選的6位CRC校驗會額外占用6位。此外，雙模式會將剩余的字大小減半（如果使用），剩余的比特位可用于視頻比特（如果不使用HV編碼，則減去任何同步比特）。

• 24位模式：當(dāng)BWS = 0且HIBW = 0時，30位串行數(shù)據(jù)包對應(yīng)三個8b/10b符號，代表24位（24位模式）。經(jīng)過奇偶校驗和控制通道后，如果使用CRC，單模式下剩余16位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余8位；如果不使用CRC，單模式下剩余22位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余11位。
• 27位高帶寬模式：當(dāng)BWS = 0且HIBW = 1（高帶寬模式）時，30位串行數(shù)據(jù)包代表三個9b/10b符號，代表27位。經(jīng)過奇偶校驗和控制通道后，如果使用CRC，單模式下剩余19位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余9位；如果不使用CRC，單模式下剩余25位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余12位。
• 32位模式：當(dāng)BWS = 1時，40位串行數(shù)據(jù)包對應(yīng)四個8b/10b符號，代表32位（32位模式）。經(jīng)過奇偶校驗和控制通道后，如果使用CRC，單模式下剩余24位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余12位；如果不使用CRC，單模式下剩余30位視頻數(shù)據(jù)，雙模式下剩余15位。

四、控制通道與寄存器編程

（一）控制通道

• 前向控制通道：從串化器發(fā)送到解串器的控制數(shù)據(jù)通過前向控制通道傳輸，數(shù)據(jù)被編碼為前向高速鏈路中的一個串行比特。解串后，前向控制通道數(shù)據(jù)從串行鏈路中提取出來。前向控制通道的帶寬超過最大外部控制數(shù)據(jù)速率，所有在前向控制通道上發(fā)送的數(shù)據(jù)在傳輸延遲幾個比特時間后會出現(xiàn)在遠(yuǎn)程端。
• 反向控制通道：從解串器發(fā)送到串化器的控制數(shù)據(jù)通過反向控制通道傳輸，數(shù)據(jù)被編碼為一系列1μs脈沖，最大原始數(shù)據(jù)速率為1Mbps。高抗擾模式可提高反向控制通道的魯棒性，但原始比特率會降低至500kbps。在高抗擾模式下，當(dāng)串行比特率大于1Gbps時，需在解串器中設(shè)置HPFTUNE = 00。設(shè)置REV_FAST位 = 1可將速率恢復(fù)到1Mbps。在I2C模式下，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率（編碼后）超過反向數(shù)據(jù)速率時，輸入時鐘會通過時鐘拉伸被保持，以減慢外部時鐘以匹配內(nèi)部比特率。

（二）UART接口

UART接口與所有GMSL設(shè)備兼容，通過多個UART數(shù)據(jù)包在設(shè)備之間發(fā)送命令。設(shè)置I2CSEL = 0可使設(shè)備使用UART協(xié)議。

（三）I2C接口

串行鏈路通過控制通道將串化器和解串器的I2C接口連接在一起。當(dāng)I2C主設(shè)備向鏈路的一側(cè)（本地側(cè)）發(fā)送命令時，控制通道會將該信息轉(zhuǎn)發(fā)到鏈路的另一側(cè)（遠(yuǎn)程側(cè)），從而允許單個微控制器配置串化器、解串器和外設(shè)。微控制器可位于串化器側(cè)（顯示應(yīng)用）或解串器側(cè)（攝像頭應(yīng)用），只要使用軟件仲裁方法，就支持雙微控制器操作。串行鏈路假設(shè)在任何給定時間只有一個微控制器進(jìn)行通信。

（四）遠(yuǎn)程端操作

當(dāng)I2C主設(shè)備在本地從設(shè)備（直接連接到主設(shè)備的串化器/解串器）上發(fā)起通信時，遠(yuǎn)程端設(shè)備作為主設(shè)備，發(fā)送從本地端設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)從連接到遠(yuǎn)程端設(shè)備的外設(shè)接收到的數(shù)據(jù)。該遠(yuǎn)程端主設(shè)備根據(jù)I2C主設(shè)置寄存器中的時序設(shè)置進(jìn)行操作，需將主設(shè)置與外部μC使用的時序設(shè)置相匹配。

（五）時鐘拉伸時序

I2C接口使用時鐘拉伸來為數(shù)據(jù)在串行鏈路上的轉(zhuǎn)發(fā)提供時間。主微控制器以及任何連接的外設(shè)必須接受GMSL設(shè)備的時鐘拉伸。

（六）基于數(shù)據(jù)包的I2C

基于數(shù)據(jù)包的控制通道可增強(qiáng)控制通道的錯誤處理能力。該控制通道方法可處理同時的GPI/GPO和I2C傳輸，以及錯誤檢測和重傳。數(shù)據(jù)包基于同步、基于符號的系統(tǒng)在控制通道上發(fā)送數(shù)據(jù)，要發(fā)送的數(shù)據(jù)被分割成符號并存儲在發(fā)送隊列中，然后通過鏈路發(fā)送。如果需要同時發(fā)送GPI和I2C數(shù)據(jù)（例如，在I2C傳輸期間GPI發(fā)生轉(zhuǎn)換），兩個命令的符號會在隊列中合并。如果發(fā)送隊列為空，會發(fā)送空閑數(shù)據(jù)包以保持控制通道鎖定。接收到的I2C數(shù)據(jù)包根據(jù)微控制器的SCL速率（本地設(shè)備）或編程的主比特率（遠(yuǎn)程設(shè)備）輸出。設(shè)備會將SCL保持低電平（時鐘拉伸），直到從遠(yuǎn)程端設(shè)備接收到數(shù)據(jù)。

（七）控制通道錯誤檢測與數(shù)據(jù)包重傳

使用基于數(shù)據(jù)包的控制通道時，所有數(shù)據(jù)包都會通過CRC進(jìn)行錯誤檢查。使用1、5或8位CRC可檢測數(shù)據(jù)包中的1、3或4個隨機(jī)比特錯誤。當(dāng)檢測到錯誤時，發(fā)送器會重傳數(shù)據(jù)包。如果重試次數(shù)超過8次，發(fā)送器會設(shè)置一個標(biāo)志。接收器會過濾掉有錯誤的數(shù)據(jù)包。

（八）GPO/GPI控制

串化器上的GPO跟隨解串器上的GPI轉(zhuǎn)換。該GPO/GPI功能可用于在環(huán)視攝像頭系統(tǒng)中傳輸幀同步信號等。

五、其他特性

（一）自適應(yīng)線路均衡器

解串器包含自適應(yīng)線路均衡器，可補(bǔ)償電纜在高頻下的更高衰減。電纜均衡器有12級補(bǔ)償，可處理長達(dá)30m的同軸電纜和15m的STP電纜。初始鎖定時，自適應(yīng)均衡器會選擇最佳補(bǔ)償級別。設(shè)備可被編程為定期、手動或由眼寬監(jiān)測器觸發(fā)重新自適應(yīng)，以補(bǔ)償傳輸環(huán)境的任何顯著變化。

（二）眼寬監(jiān)測器

眼寬監(jiān)測器用于測量水平眼圖的開口。默認(rèn)情況下，在鏈路建立后進(jìn)行測量，并在鏈路運(yùn)行時每隔1秒進(jìn)行一次測量。眼寬低于編程閾值時，會使ERRB輸出引腳置低。極低的眼寬會重新啟動均衡器自適應(yīng)。

（三）擴(kuò)頻跟蹤

解串器能夠跟蹤擴(kuò)頻輸入時鐘，無需多個擴(kuò)頻時鐘。

（四）電纜類型配置和輸入多路復(fù)用器

驅(qū)動輸入可針對兩種類型的電纜進(jìn)行編程：100Ω雙絞線和50Ω同軸電纜（如需與75Ω電纜兼容的設(shè)備，請聯(lián)系廠家）。在同軸模式下，將IN0 +連接到串化器的OUT +，將IN1 +連接到第二個串化器的OUT +。控制通道數(shù)據(jù)通過GMSL_IN_SEL位選擇的串化器發(fā)送。將所有未使用的IN_引腳保持未連接狀態(tài)，或通過50Ω電阻和電容連接到地，以提高電源抑制能力。如果不使用OUT -，則通過50Ω電阻將OUT -連接到VDD。當(dāng)串化器和解串器都有μC時，同一時間只能有一個μC進(jìn)行通信。在I2C - to - I2C模式下，需根據(jù)通信的解串器連接情況禁用前向和反向通道鏈路，以防止沖突。

（五）交叉點(diǎn)開關(guān)

交叉點(diǎn)開關(guān)用于在并行輸入/輸出和SerDes之間路由數(shù)據(jù)，實現(xiàn)任意到任意的路由，確保視頻源和目標(biāo)之間的映射。

（六）關(guān)機(jī)/睡眠模式

• 配置鏈路：當(dāng)不需要高速視頻鏈路或該鏈路不可用時，可使用配置鏈路。在配置鏈路模式下，并行數(shù)字輸入/輸出被禁用，LOCK引腳保持低電平，串行鏈路內(nèi)部生成自己的時鐘，以允許控制通道（UART/I2C和GPIO）的全面操作。
• 串行化禁用：當(dāng)不需要串行鏈路時（如下游設(shè)備斷電），用戶可禁用串行化。在此模式下，所有前向通信都將關(guān)閉。用戶可在本地或通過反向通道重新啟用串行化。
• 睡眠模式：為進(jìn)一步降低功耗，設(shè)備可進(jìn)入睡眠模式。在此模式下，所有寄存器保持其編程值，除了本地I2C/UART接口上的喚醒檢測器和串行鏈路外，設(shè)備的所有功能都將斷電。喚醒檢測器檢測到任何活動時，會暫時開啟控制通道接口。在此期間，微控制器可命令設(shè)備退出睡眠模式。
• 掉電模式：掉電模式是功耗最低的模式，在此模式下，所有功能都將斷電，所有寄存器值將丟失。

（七）鏈路啟動過程

圖像傳感應(yīng)用的啟動過程如下表所示。視頻鏈路或配置鏈路建立后，控制通道即可使用。如果解串器在串化器之后上電，控制通道在解串器上電2ms后才可使用。