MAX96707：汽車攝像頭應(yīng)用的理想之選

在汽車攝像頭應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸和處理的要求日益嚴(yán)苛，需要一款能夠高效、穩(wěn)定地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理的設(shè)備。MAX96707作為一款專為汽車攝像頭應(yīng)用設(shè)計(jì)的14位GMSL串行器，無疑是一個(gè)理想的選擇。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX96707采用4mm x 4mm TQFN封裝，體積小巧，特別適合汽車攝像頭應(yīng)用。在高帶寬模式下，對(duì)于12位線性或組合HDR數(shù)據(jù)類型，并行時(shí)鐘最大值可達(dá)116MHz。其嵌入式控制通道在I2C模式下的工作速率為9.6kbps至1Mbps，能夠獨(dú)立于視頻時(shí)序?qū)Υ衅鳌⒔獯鳎⊿erDes）和攝像頭寄存器進(jìn)行編程。為了支持更長距離的電纜驅(qū)動(dòng)，該IC具備可編程的預(yù)加重/去加重功能，并且在串行輸出端提供可編程的擴(kuò)頻功能。串行輸出符合ISO 10605和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓范圍為1.7V至1.9V。它采用24引腳TQFN封裝，引腳間距為0.5mm，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C。

二、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

2.1 安全攝像頭應(yīng)用的理想之選

• 低成本電纜兼容性：可與低成本的50Ω同軸電纜（100Ω STP電纜）配合使用，降低了系統(tǒng)成本。
• 錯(cuò)誤檢測功能：能夠?qū)σ曨l和控制數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 高抗干擾模式：具備高抗干擾模式，增強(qiáng)了控制通道的EMC耐受性，確保在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定通信。
• 數(shù)據(jù)重傳機(jī)制：當(dāng)檢測到錯(cuò)誤時(shí)，能夠?qū)刂茢?shù)據(jù)進(jìn)行重傳，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
• 低功耗設(shè)計(jì)：擁有同類產(chǎn)品中最佳的電源電流，最大僅為88mA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 長距離傳輸能力：通過預(yù)加重/去加重功能，可支持15m電纜的全速傳輸。
• 緊湊封裝：24引腳（4mm x 4mm）TQFN封裝，引腳間距為0.5mm，節(jié)省了PCB空間。

2.2 高速數(shù)據(jù)序列化能力

• 高數(shù)據(jù)速率：串行比特率最高可達(dá)1.74Gbps，能夠滿足高清視頻數(shù)據(jù)的快速傳輸需求。
• 多種數(shù)據(jù)速率選擇：支持12.5MHz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），提供了靈活的數(shù)據(jù)傳輸速率選擇。

2.3 系統(tǒng)靈活性

• 多模式控制通道：I2C模式下的控制通道速率為9.6kbps至1Mbps（帶有時(shí)鐘拉伸功能），能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
• 交叉點(diǎn)開關(guān)：交叉點(diǎn)開關(guān)可接受任何輸入位圖，實(shí)現(xiàn)了靈活的數(shù)據(jù)路由。
• 編碼同步信號(hào)模式：支持編碼VSYNC和HSYNC模式，方便與各種攝像頭和顯示設(shè)備進(jìn)行接口。

2.4 降低EMI和屏蔽要求

• 可編程輸出擴(kuò)頻：通過可編程的輸出擴(kuò)頻功能，降低了時(shí)鐘頻率峰值的發(fā)射水平，減少了電磁干擾。
• 跟蹤輸入擴(kuò)頻：串行器和解串器能夠跟蹤輸入的擴(kuò)頻時(shí)鐘，無需多個(gè)擴(kuò)頻時(shí)鐘，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.5 攝像頭電源啟動(dòng)和驗(yàn)證的外圍特性

• 內(nèi)置PRBS發(fā)生器：用于誤碼率（BER）測試，方便對(duì)鏈路質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。
• 專用GPO引腳：可用于攝像頭幀同步觸發(fā)等其他用途。
• 遠(yuǎn)程/本地喚醒功能：支持從睡眠模式進(jìn)行遠(yuǎn)程或本地喚醒，提高了系統(tǒng)的節(jié)能性能。

2.6 符合汽車規(guī)格要求

• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C，能夠適應(yīng)汽車復(fù)雜的工作環(huán)境。
• 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)，提高了設(shè)備的抗靜電能力。

三、工作模式與原理

3.1 串行鏈路信號(hào)和數(shù)據(jù)格式

串行器會(huì)對(duì)輸入的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾處理，并將其與前向控制數(shù)據(jù)相結(jié)合。然后，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以幾倍于輸入字速率（取決于總線寬度）的速度輸出為單個(gè)序列化的位流。解串器接收串行數(shù)據(jù)并恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)，接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反序列化、解碼和解擾處理，最終輸出并行數(shù)據(jù)和前向控制數(shù)據(jù)。

3.2 工作模式

GMSL設(shè)備可根據(jù)應(yīng)用需求配置為多種工作模式，以更高效地利用串行帶寬。大多數(shù)設(shè)置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段確定，并通過寄存器位進(jìn)行配置。

3.3 視頻/配置鏈路

在正常工作時(shí)，串行器以視頻鏈路模式運(yùn)行（串行器 (SEREN = 1) ），通過串行鏈路傳輸視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。當(dāng) (SEREN = 0) 時(shí)，串行器停止序列化操作。串行器上電后默認(rèn)進(jìn)入視頻鏈路模式，并且需要有效的PCLK才能正常工作。此外，還提供了配置鏈路，當(dāng)PCLK不可用時(shí)，可用于設(shè)置串行器、解串器和外設(shè)。通過設(shè)置 (SEREN = 0) 和 (CLINK = 1) 可啟用配置鏈路（ (SEREN = 1) 會(huì)強(qiáng)制串行器進(jìn)入視頻鏈路模式）。一旦PCLK建立，可將 (SEREN) 設(shè)置為1以開啟視頻鏈路。默認(rèn)情況下，視頻鏈路模式需要有效的PCLK才能工作。通過設(shè)置 (AUTO_CLINK) 位為1和 (SEREN = 1) ，設(shè)備可在PCLK不存在時(shí)自動(dòng)在視頻鏈路和配置鏈路之間切換。

3.4 單/雙模式

單/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)備和串行器兼容，每個(gè)串行字對(duì)應(yīng)一個(gè)并行字。雙模式則為每個(gè)串行字序列化兩個(gè)半寬度的并行字，使并行字速率范圍比單模式提高了2倍。通過設(shè)置 (DBL = 0) 可選擇單模式操作，設(shè)置 (DBL = 1) 可選擇雙模式操作。

3.5 HS/VS編碼

默認(rèn)情況下，GMSL會(huì)為HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）分配視頻位槽。通過HS/VS編碼，設(shè)備會(huì)對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行特殊編碼，以釋放額外的視頻位槽。當(dāng)設(shè)備處于高帶寬模式（ (HIBW = 1) ）時(shí)，HS/VS編碼默認(rèn)開啟。只有當(dāng) (HIBW = 1) 且 (DE_EN = 1) 時(shí)，DE才會(huì)被編碼。當(dāng) (HIBW = 0) 時(shí)，可通過設(shè)置 (HVEN = 1) 開啟HS/VS編碼（如果啟用DE，會(huì)占用一個(gè)視頻位）。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(hào)時(shí)，可使用HS/VS反相功能。

3.6 錯(cuò)誤檢測

串行鏈路采用8b/10b編碼/解碼和1位奇偶校驗(yàn)來檢測串行鏈路上發(fā)生的位錯(cuò)誤。此外，還提供了可選的6位CRC校驗(yàn)，但會(huì)占用6個(gè)視頻位（當(dāng) (HIBW = 0) 時(shí)）。要激活6位CRC模式，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(shí)，單輸入模式（ (DBL = 0) ）下可用的內(nèi)部總線寬度會(huì)減少6位，雙輸入模式（ (DBL = 1) ）下會(huì)減少3位。需要注意的是，由于串行器或解串器的引腳可用性，輸入總線寬度可能已經(jīng)減少，因此CRC導(dǎo)致的帶寬減少可能不明顯。另外，通過設(shè)置 (LINE_CRC_EN = 1) 可啟用32位視頻行CRC校驗(yàn)。啟用后，串行器會(huì)計(jì)算視頻行的32位CRC，并在消隱期間發(fā)送該信息。解串器會(huì)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(cuò)誤時(shí)，解串器的 (LINE_CRC_ERR) 位會(huì)鎖存，讀取后該位會(huì)清除。

3.7 總線寬度

串行鏈路有多種總線寬度設(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(gè)串行數(shù)據(jù)包是30位還是40位長，當(dāng) (BWS = 0) 或1時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大串行數(shù)據(jù)包速率（以及相應(yīng)的最大并行字速率）分別為58MHz或43.5MHz。編碼將24、27或32位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為30位或40位串行數(shù)據(jù)包。其中一位用于奇偶校驗(yàn)，另一位保留用于控制通道。在可選的6位CRC模式下，還會(huì)額外使用6位。此外，如果使用雙模式，剩余的字大小會(huì)減半，剩余的位可用于視頻位（如果不使用H/V編碼，則減去任何同步位）。具體的內(nèi)部總線寬度模式如下：

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

四、控制通道與寄存器編程

4.1 控制通道

控制通道通過串行鏈路傳輸信息，用于控制串行器、解串器和任何連接的外設(shè)?？刂仆ǖ琅c視頻通道可以同時(shí)存在，也可以獨(dú)立使用。

4.2 前向控制通道

從串行器發(fā)送到解串器的控制數(shù)據(jù)通過前向控制通道傳輸。這些數(shù)據(jù)被編碼為前向高速鏈路中的一個(gè)串行位。解串后，前向控制通道數(shù)據(jù)從串行鏈路中提取。前向控制通道的帶寬超過了最大外部控制數(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(gè)位時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)在遠(yuǎn)程端。

4.3 反向控制通道

從解串器發(fā)送到串行器的控制數(shù)據(jù)通過反向控制通道傳輸。這些數(shù)據(jù)被編碼為一系列1μs的脈沖，最大原始數(shù)據(jù)速率為1Mbps。高抗干擾模式可提高反向控制通道的魯棒性，但會(huì)將原始比特率降低到500kbps。在表1中，設(shè)置 (REV_FAST) 位為1可將速率恢復(fù)到1Mbps。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率（編碼后）超過反向數(shù)據(jù)速率時(shí)，輸入時(shí)鐘會(huì)通過時(shí)鐘拉伸來減慢外部時(shí)鐘，以匹配內(nèi)部比特率。

4.4 I2C接口

串行鏈路通過控制通道將串行器和解串器的I2C接口連接在一起。當(dāng)I2C主設(shè)備向鏈路的一側(cè)（本地端）發(fā)送命令時(shí)，控制通道會(huì)將該信息轉(zhuǎn)發(fā)到鏈路的另一側(cè)（遠(yuǎn)程端），從而允許單個(gè)微控制器配置串行器、解串器和外設(shè)。微控制器可以位于串行器側(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(shí)間只有一個(gè)微控制器進(jìn)行通信。

4.5 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)備的串行器/解串器）上發(fā)起通信時(shí)，遠(yuǎn)程端設(shè)備會(huì)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)備設(shè)置寄存器中的時(shí)序設(shè)置進(jìn)行操作。需要將主設(shè)備設(shè)置與外部微控制器使用的時(shí)序設(shè)置相匹配。

4.6 時(shí)鐘拉伸時(shí)序

I2C接口使用時(shí)鐘拉伸來為數(shù)據(jù)通過串行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)提供時(shí)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(shí)鐘拉伸。

4.7 基于數(shù)據(jù)包的I2C

基于數(shù)據(jù)包的控制通道可用于增強(qiáng)控制通道的錯(cuò)誤處理能力。這種控制通道方法可以處理同時(shí)進(jìn)行的GPI/GPO和I2C傳輸，以及錯(cuò)誤檢測和重傳。

4.8 數(shù)據(jù)包協(xié)議總結(jié)

基于數(shù)據(jù)包的控制通道使用同步的、基于符號(hào)的系統(tǒng)在控制通道上發(fā)送數(shù)據(jù)。要在控制通道上發(fā)送的數(shù)據(jù)被分割成符號(hào)并存儲(chǔ)在發(fā)送隊(duì)列中，然后通過鏈路發(fā)送。如果需要同時(shí)發(fā)送GPI和I2C數(shù)據(jù)（例如，當(dāng)GPI在I2C傳輸期間發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)），兩個(gè)命令的符號(hào)會(huì)在隊(duì)列中合并。如果發(fā)送隊(duì)列為空，會(huì)發(fā)送空閑數(shù)據(jù)包以保持控制通道的鎖定。接收到的I2C數(shù)據(jù)包會(huì)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(huì)將SCL拉低（時(shí)鐘拉伸），直到從遠(yuǎn)程端設(shè)備接收到數(shù)據(jù)。

4.9 控制通道錯(cuò)誤檢測和數(shù)據(jù)包重傳

使用基于數(shù)據(jù)包的控制通道時(shí)，所有數(shù)據(jù)包都會(huì)通過CRC進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。使用1、5或8位的CRC可以檢測數(shù)據(jù)包中的1、3或4個(gè)隨機(jī)位錯(cuò)誤。當(dāng)檢測到錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)送器會(huì)重傳數(shù)據(jù)包。如果重試次數(shù)超過編程的閾值，發(fā)送器會(huì)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。接收器會(huì)過濾掉有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。

4.10 GPO/GPI控制

串行器上的GPO會(huì)跟隨解串器上的GPI轉(zhuǎn)換。這種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(hào)等。此外，GPO也可以通過寄存器位直接設(shè)置。

4.11 擴(kuò)頻

串行器包含可編程的擴(kuò)頻輸出，通過將時(shí)鐘頻率峰值分布在一個(gè)頻率頻譜上，降低了發(fā)射水平。此外，串行器和解串器可以跟蹤擴(kuò)頻輸入時(shí)鐘，無需多個(gè)擴(kuò)頻時(shí)鐘。

4.12 電纜類型配置

驅(qū)動(dòng)器輸出可針對(duì)兩種類型的電纜進(jìn)行編程，即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OUT +連接到解串器的IN +。將未使用的IN -引腳懸空，或通過50Ω電阻和電容接地，以提高電源抑制能力。將OUT -通過50Ω電阻連接到VDD。

4.13 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)。任意到任意的路由確保了視頻源和目標(biāo)之間的映射。對(duì)于每個(gè)交叉點(diǎn)輸出（XBO_），輸入多路復(fù)用器使用CROSSBAR寄存器位從可用的交叉點(diǎn)輸入（XBI）中選擇。多個(gè)交叉點(diǎn)輸出可以使用相同的交叉點(diǎn)輸入。默認(rèn)情況下，同步信號(hào)與視頻數(shù)據(jù)的最高有效位共享相同的輸入。

4.14 視頻時(shí)序發(fā)生器

串行器包含一個(gè)可編程的視頻時(shí)序發(fā)生器，用于生成/重新定時(shí)輸入的同步信號(hào)。該時(shí)序發(fā)生器可用于修改攝像頭的輸入時(shí)序，過濾同步信號(hào)中的毛刺，或減少所需的輸入同步信號(hào)數(shù)量。每個(gè)同步信號(hào)可以單獨(dú)重新定時(shí)或保持不變。幾個(gè)寄存器決定了圖18中所示的時(shí)序參數(shù)的長度（以PCLK周期為單位）。時(shí)序參數(shù)包括高/低周期長度、行數(shù)和與輸入VS信號(hào)的延遲。時(shí)序發(fā)生器使用三種不同的觸發(fā)模式：跟蹤模式、單觸發(fā)模式和自動(dòng)運(yùn)行模式。跟蹤模式會(huì)觀察輸入的VSYNC信號(hào)，在接收到三個(gè)連續(xù)相同的VSYNC信號(hào)后鎖定。然后，跟蹤器會(huì)繼續(xù)輸出相同的信號(hào)，消除VSYNC上可能出現(xiàn)的毛刺。如果三個(gè)連續(xù)的輸入波形與鎖定的信號(hào)不匹配，跟蹤器會(huì)嘗試重新鎖定到新的信號(hào)。單觸發(fā)模式會(huì)為每個(gè)輸入的VSYNC邊緣生成一個(gè)生成的幀。自動(dòng)運(yùn)行模式會(huì)以VSYNC高/低周期確定的速率生成新的幀。如果在單觸發(fā)或自動(dòng)運(yùn)行模式下，在一個(gè)幀完成之前出現(xiàn)新的VSYNC信號(hào)，會(huì)立即開始一個(gè)新的幀，從而截?cái)嗲耙粋€(gè)幀。

五、睡眠和關(guān)機(jī)模式

5.1 配置鏈路

當(dāng)不需要高速視頻鏈路或該鏈路不可用時(shí)，可以使用配置鏈路代替。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(shí)鐘，以允許控制通道（I2C和GPIO）的全面操作。

5.2 序列化禁用

當(dāng)不需要串行鏈路時(shí)，例如當(dāng)下游設(shè)備斷電時(shí)，用戶可以禁用序列化。在這種模式下，所有前向通信都會(huì)關(guān)閉。用戶可以在本地或通過反向通道重新啟用序列化。

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