汽车视频应用中的LVDS数据格式和接口电路

在新型汽车电子应用中，信号格式变化最快的是视频。几年以前，车载设备中的视频显示还仅限于导航系统的小尺寸显示屏，确切地说，它只是一个导航电子装置，有些豪华型汽车借助同一显示器播放电视信号。视频信号从电视接收机到显示器输出需要传输相当长的距离，图像格式是被称为复合视频基带信号(CVBS)的模拟信号。

近几年，随着汽车电子技术的发展，对视频源、显示设备和视频传输线的研究开发取得了很大进展。例如，将导航显示器与电子系统分离开，使显示器可以安装在便于驾驶者观察的位置。这种分离需要增加视频传输线。

此外，如今汽车上安装了越来越多的显示设备，包括用于显示速度、转速、汽车状态的电子仪表盘，以及后排座多媒体播放器(乘客能够观看电视或DVD等)。各个显示器都需要视频传输线。新一代汽车还可能配置各种摄像机用于辅助驾驶，例如后视镜摄像机、夜视镜以及路标识别摄像机，而每个摄像机都需要通过视频传输线连接到显示设备。

车体内部迅速增加的传输线，特别是这些传输线越来越长，使得模拟CVBS信号的传输非常困难。这些信号格式不能承受汽车的电磁干扰。此外，大屏幕显示与越来越高的分辨率进一步加剧了视频干扰(如多径干扰)。

图1：第一代LVDS收发器有8路输出，可利用LVDS发送/接收器连接导航显示屏。

减小视频干扰的一种方案是用数字信号取代模拟信号，视频信号线本身不能产生干扰。现已证明，低压差分信号(LVDS)能够为数字视频传输提供最合理的连接。小信号幅度(0.35V)、差分结构使LVDS传输线具有最小的电磁辐射。

第一代LVDS传输器件(如MAX9213、MAX9214)已经安装在汽车上，可提供一路时钟输出和三路数据，利用LVDS发送/接收器连接导航显示屏(图1)。三路并行输出要求达到图像传输所需的速率，时钟被用于同步传输。

图2：在直流均衡LVDS数据输出格式中，每7个并行数据位为一组，每组有2位附加位用于指示数据是否反转。

第一代系统的一个重要特征是可以选择输出电容耦合，这种耦合方式避免了发送器和接收器之间的地电位差，这个电位差有时可能达到几伏量级。如果采用直流耦合，电位差可能使数据传输完全无法进行，甚至产生很到的电流，从而损坏电路。若采用电容耦合，必须注意在一个传输方向不能让数据对电容长时间充电，传输一长串“1”时即可发生这种情况。

MAX9213/MAX9214内部的“直流平衡”电路能够解决这一问题。当它检测到一长串“0”或“1”时，将在发送数据之前将其反转。每7个并行数据位为一组，每组有2位附加位用于指示数据是否反转，如图2所示。当数据到达接收端时，接收器再将其恢复到原始数据。为了避免电容过充电，发送器需要通知接收器数据是否经过反转。

第一代LVDS器件的缺陷是需要四对双绞线达到所要求的数据速率，因此8条数据线使机械结构变得复杂。第二代LVDS器件对此进行改进，例如MAX9217和MAX9218，采用一对双绞线同时传输数据和时钟。

图3：MAX9217和MAX9218之间视频、控制数据链路设置和连接的结构图。

MAX9217串行器具有27位并行输入，总线速率高达35Mbps。在这27位中，18位是视频RGB数据，其中3基色各占用6位，其余9位是控制信号。9位控制信号中的前3位被指定为垂直、水平和RGB数据同步：VSYNC(C0)、HSYNC(C1)和ENAB(C2)。剩下的6个控制位(C3至C8)用于其他控制信号。

图4：串行链路的视频数据和控制数据格式。

在本例中，我们使用6个控制位中的一部分传输音频数据。MAX9217可以将18位RGB数据或9位控制数据转换为串行数据，然后通过LVDS链路对其进行传输。在视频显示的消隐期内发送控制数据，由RGB数据使能信号(ENAB)指示。MAX9218接收到串行数据后，将其转换成与MAX9217输入格式相同的并行数据。同样，当MAX9218输出并行数据时，根据串行LVDS链路的时序重新生成总线时钟。图3为MAX9217和MAX9218之间视频、控制数据链路设置和连接的结构图。图4视频数据和控制数据的时序。根据视频格式、显示器分辨率和链路速率，RGB数据的控制占空比在1%至5%之间。

图5：扩频技术降低EMI。

利用一对传输线实现数据、时钟的高速传输，这些器件可以比第一代器件传送更多的数据。Maxim即将推出的该系列器件速度将达到42MHz，1.15Gb。时钟频率的提高导致更强的电磁辐射，可利用扩频传输技术减小EMI。扩频技术在时钟频率中加入抖动，将原来的EMI峰值能量扩散在较宽频带。由于能量不变，所以EMI的最大峰值被削减(图5)。

第二代LVDS数据传输器件主要针对大屏幕应用而设计。汽车内部各种摄像机的连接并不需要很高的传输速度，针对这种应用，Maxim的第三代LVDS器件采用低时钟速率，并减少了并行数据总线的宽度。第三代器件用于控制数据的传输，可被用来设置显示器亮度和对比度，或摄像机的灵敏度。目前系统中使用的是CAN、LIN或UART传输总线，这些方案需要更多的器件、电缆，且占用空间大，成本较高。Maxim的第三代器件将用LVDS接口传输控制数据，而避免使用其它接口。