4.1 TI 高精度实验室 - FPD-Link：什么是FPD-Link？

大家好！

我是 Casey McCrea。

在该培训模块中， 我将向您介绍

FPD-Link，这是全球范围内 汽车和工业视频应用中的

核心技术。

FPD-Link 是一种 多协议物理层

技术，可聚合来自 各种业界通用协议的

数据并通过电缆 对其进行传输。

该技术的最常见 用途是用于

视频屏幕或 驾驶员辅助

摄像头等汽车应用中的 数字音频和视频传输。

但 FPD-Link 技术也可以用于

激光雷达、雷达等 其他类型的

数据传输。

这些车辆图中 显示了一些示例。

有关此处首字母缩略词的 进一步说明，请参阅附录

幻灯片，可以 在视频页面中

下载该幻灯片。

在本视频中，我将 讨论 FPD-Link 技术的

基础知识，包括 并行数据接口、

串行化和 反串行化的概念、

高速串行通道 本身以及双向

通信。

FPD-Link 技术用作 基于协议的

数据接口之间的 桥梁，这些接口

需要使用多个 信号导体来传输

高带宽数据。

这些接口的一些 常见示例包括

TMDS、MIPI DFI、 LVDS 或并行 LVCMOS。

这些标准都定义了用于 传输音频、视频或其他

数字视频源的 不同物理层。

不过，通常而言， 这些标准仅用于

短距离传输 视频，其中可能

包括 PCB 布线或

柔性电缆。

在许多情况下， 汽车或工业

应用要求 使用低成本

和低重量同轴 电缆或屏蔽

双绞线电缆 在最低 10 米的

更长距离上传输 该高带宽数据。

这相应地带来了挑战， 这不仅是由于此类

传输通道引入的 信号损耗，还由于

引入了 EMI 和 EMC 考虑因素，

这些考虑因素在汽车 和工业应用中很常见，

在这些应用中，外部噪声源 可能会随着电缆向目的地

伸展对电缆产生干扰。

由于 FPD-Link 可以 连接到许多不同的

并行数据格式， 因此这也意味着

该技术可以用作 格式转换器，

其中源接口不一定 与同步接口相匹配。

FPD-Link 应用通常 使用同轴电缆

或双绞线 电缆在串行器

和解串器之间 传输信息。

与双绞线电缆 相比，同轴电缆

由于其电磁结构 而趋向于具有

较低的插入 损耗特性，

并且与其他 类型的电缆

相比，它们的 成本通常也较低。

另一方面，双绞线 电缆受益于以下

事实：信号在 这些电缆中

以差分方式 进行传输，

这意味着它们 通常更不易

受单端 电磁干扰的

影响。

双绞线电缆 通常有三种

主要的变体 -- STP， 代表屏蔽双绞线；

STQ，代表星绞组； 或 UTP，代表

非屏蔽双绞线。

屏蔽双绞线 电缆通过用

薄导体围绕 双绞线，具有

更高的抗外部 噪声性能。

由于汽车应用中 恶劣的电磁环境，

大多数系统 使用 STP

或 STQ 电缆， 而不是 UTP。

同轴电缆通常还 用于沿着与传输

高速数据相同的 导体将直流电

传输到远程设备， 因为外部屏蔽层

可以像直流电的 回路一样工作，

并且可以从 直流电中滤除

也在线路上 传输的交流成分。

该方案通常称为同轴 电缆供电或 PoC。

大多数 FPD-Link III 设备都可以支持

同轴或双绞线配置， 以确保在各种应用中的

灵活性。

FPD-Link 高速正向 通道用于以最小的

延迟将串行化 视频、音频或其他

数据发送到 端点设备。

为了实现这一点， 串行器必须重新

格式化其传入数据并 嵌入数据时钟，以便

可以使用更少的 导体将其输出。

通过利用专有的 回声消除技术，

FPD-Link 串行器/解串器还 允许通过一个物理导体

进行全双工通信。

当高速数据 沿正向方向

从串行器传输到 解串器时，低速

数据也同时 传输回到

串行器，而 无需时分复用。

FPD-Link 串行器 和解串器设备

通过在链路的 每一端连续

抵消其自己的 传输信号来

自动建立 该双向通道。

反向通道通常 以比正向通道

数据低得多的 速度运行，以便于

在两侧实现适当的 分离，并且可以包含

有关同步设备的 信息、触摸中断、

控制信号、 状态信息等。

使用同步反向 通道通信，

还可以在链路上 沿正向或反向方向

启用 I2C 访问或

GPIO 传输。

为了补偿通道 插入损耗 --

该损耗可能很大， 具体取决于运行

速度以及所用 电缆的类型或

长度 -- FPD-Link 解串器利用

多种均衡技术 来恢复高频信号

成分并减轻 码间串扰、

反射或外部噪声 产生的影响。

考虑左侧 显示的眼图。

在串行化设备的 输出端进行

测量时，信号眼的 张开度足够大。

不过，一旦 该高速数据

通过 10 米长的 STP 电缆，插入

损耗和 ISI 的 影响就会极大地

降低眼图 质量，从而

使不均衡的 接收器无法

正确恢复该数据。

通过解串器上的 自适应均衡器后，

您可以看到 眼图已经

恢复了垂直高度 和水平宽度。

首先，FPD-Linkl 解串器利用

连续时间线性 均衡器或 CTLE

电路，该电路 像放大器一样

作用于在有损耗 通道上衰减得

更快的高频信号成分。

CTLE 具有几个 不同的增益级，

以解决不同的通道 损耗问题，具体取决于

系统中使用的 电缆的类型和长度。

接下来，FPD-Link 解串器利用

时钟域恢复或 CDR 电路，通过

降低由 ISI、反射或 外部噪声导致的

抖动影响来进一步 提高时域中的信号

质量。

有关如何解读 此类眼图的

更多详细信息， 请参阅高精度

实验室视频“什么是眼图？”。

FPD-Link 传输通过将输入 数据组合成数据包

或帧来工作，以便 以更高的速度

进行串行传输。

正向通道帧大小可能 在 28 至 40 位的范围内变化，

并使用 8b/10b 样式编码， 具体取决于器件系列。

对于 FPD-Link 正向通道 信号，以千兆赫兹

为单位的 信号频率

是以千兆位/秒的 有效波特率的一半。

例如，4.2 千兆位/秒的

正向通道将使用 2.1 千兆赫兹的基本载波频率。

正向通道帧 可分为四个

主要类别。

有效载荷数据 构成了帧的大部分。

这是数据的 高带宽部分，

可能包括视频像素 信息、音频数据或

其他数据类型， 其中包括来自

雷达、激光 雷达等的输入。

每个帧有两个 嵌入式时钟位，

这有助于 建立高速

信号的时序 并建立帧边界。

DCA 和 DCB 位用于 对信号进行直流

平衡，还用于 在多个连续帧

之间传输编码 信息，以建立链接。

直流平衡有助于 确保交流耦合

通道不会受到 数据中过多 1

或 0 符号引起的 基带漂移的影响。

最后，使用控制 位来传输 I2C、

GPIO、SPI 或 CRC 等边带信息。

FPD-Link III 设备 使用连续反向

通道通信方案， 该方案允许

在同一个导体或 导体对上进行

全双工通信。

反向通道包含 I2C、GPIO、状态

或其他将通过 链路传送到远程

伙伴的信息。

正向通道通信和 反向信道通信

之间的一项主要区别 在于反向通道采用的

是曼彻斯特编码。

该基于跳变的 编码方案允许

较低数据 速率的符号

通过交流 耦合链路，

而无需单独的 时钟通道。

从模拟信号的 角度而言，

务必注意对于 曼彻斯特编码

信号，符号速率 实际上等于数据速率。

例如，如果 反向通道

速率设置为 10 兆位/秒，

则反向通道频率 也将等于 10 兆赫兹。

对于 EMC 优化 以及电源

滤波或同轴 电缆供电

方案等事项 而言，理解这些

频谱非常重要。

好的，让我们 进行一个小测验，

测试一下您的 FPD-Link 知识。

对于每个通道 3.36 千兆位/秒的

FPD-Link 正向 通道频率，

该信号每个 通道的基本

载波频率是多少？

a，3.36 千兆赫兹；b，96 兆赫兹； c，1.68 千兆赫兹；d，6.72 千兆赫兹，

哪一个正确？

答案是 c，1.68 千兆赫兹。

请记住原因。

FPD-Link 正向通道 使用 NRZ 信号，

这会导致每个时钟 周期传输两位。

只要我们以 千兆位/秒

为单位表示 FPD-Link 正向通道 频率，该信号的载波频率

就将是该速率的一半， 以千兆赫兹为单位。

好的，第二题。

对于 20 兆位/秒的 FPD-Link III 反向通道速率，该信号的

基本载波频率 是多少 -- 10

兆赫兹、20 兆赫兹、 5 兆赫兹还是 40 兆赫兹？

那么，请记住，这是个 有点儿难以回答的问题。

答案实际上是 20 千兆赫兹。

这是为什么呢？

因为与正向通道 不同，FPD-Link III 的

反向通道采用的 是曼彻斯特编码，

这意味着以兆位/秒 为单位的波特率

将等于以兆赫兹为 单位的基本载波频率。

最后一题，判断对错。

FPD-Link III 是一种 双向半双工协议。

错。

这是为什么呢？

FPD-Link III 是一种双向 协议，这是正确的。

但请记住，它 实际上是一种

全双工协议， 因为可以同时

在正向和反向 方向上传输

数据，而无需 进行时分复用。

总结一下，您可以 通过访问此处

提供的指向 ti.com 的 链接来访问其他技术

资源，并找到适合 您的应用的 FPD-Link

产品。

非常感谢您 花时间观看

本视频，下次再见。

大家好！

我是 Casey McCrea。

在该培训模块中， 我将向您介绍

FPD-Link，这是全球范围内 汽车和工业视频应用中的

核心技术。

FPD-Link 是一种 多协议物理层

技术，可聚合来自 各种业界通用协议的

数据并通过电缆 对其进行传输。

该技术的最常见 用途是用于

视频屏幕或 驾驶员辅助

摄像头等汽车应用中的 数字音频和视频传输。

但 FPD-Link 技术也可以用于

激光雷达、雷达等 其他类型的

数据传输。

这些车辆图中 显示了一些示例。

有关此处首字母缩略词的 进一步说明，请参阅附录

幻灯片，可以 在视频页面中

下载该幻灯片。

在本视频中，我将 讨论 FPD-Link 技术的

基础知识，包括 并行数据接口、

串行化和 反串行化的概念、

高速串行通道 本身以及双向

通信。

FPD-Link 技术用作 基于协议的

数据接口之间的 桥梁，这些接口

需要使用多个 信号导体来传输

高带宽数据。

这些接口的一些 常见示例包括

TMDS、MIPI DFI、 LVDS 或并行 LVCMOS。

这些标准都定义了用于 传输音频、视频或其他

数字视频源的 不同物理层。

不过，通常而言， 这些标准仅用于

短距离传输 视频，其中可能

包括 PCB 布线或

柔性电缆。

在许多情况下， 汽车或工业

应用要求 使用低成本

和低重量同轴 电缆或屏蔽

双绞线电缆 在最低 10 米的

更长距离上传输 该高带宽数据。

这相应地带来了挑战， 这不仅是由于此类

传输通道引入的 信号损耗，还由于

引入了 EMI 和 EMC 考虑因素，

这些考虑因素在汽车 和工业应用中很常见，

在这些应用中，外部噪声源 可能会随着电缆向目的地

伸展对电缆产生干扰。

由于 FPD-Link 可以 连接到许多不同的

并行数据格式， 因此这也意味着

该技术可以用作 格式转换器，

其中源接口不一定 与同步接口相匹配。

FPD-Link 应用通常 使用同轴电缆

或双绞线 电缆在串行器

和解串器之间 传输信息。

与双绞线电缆 相比，同轴电缆

由于其电磁结构 而趋向于具有

较低的插入 损耗特性，

并且与其他 类型的电缆

相比，它们的 成本通常也较低。

另一方面，双绞线 电缆受益于以下

事实：信号在 这些电缆中

以差分方式 进行传输，

这意味着它们 通常更不易

受单端 电磁干扰的

影响。

双绞线电缆 通常有三种

主要的变体 -- STP， 代表屏蔽双绞线；

STQ，代表星绞组； 或 UTP，代表

非屏蔽双绞线。

屏蔽双绞线 电缆通过用

薄导体围绕 双绞线，具有

更高的抗外部 噪声性能。

由于汽车应用中 恶劣的电磁环境，

大多数系统 使用 STP

或 STQ 电缆， 而不是 UTP。

同轴电缆通常还 用于沿着与传输

高速数据相同的 导体将直流电

传输到远程设备， 因为外部屏蔽层

可以像直流电的 回路一样工作，

并且可以从 直流电中滤除

也在线路上 传输的交流成分。

该方案通常称为同轴 电缆供电或 PoC。

大多数 FPD-Link III 设备都可以支持

同轴或双绞线配置， 以确保在各种应用中的

灵活性。

FPD-Link 高速正向 通道用于以最小的

延迟将串行化 视频、音频或其他

数据发送到 端点设备。

为了实现这一点， 串行器必须重新

格式化其传入数据并 嵌入数据时钟，以便

可以使用更少的 导体将其输出。

通过利用专有的 回声消除技术，

FPD-Link 串行器/解串器还 允许通过一个物理导体

进行全双工通信。

当高速数据 沿正向方向

从串行器传输到 解串器时，低速

数据也同时 传输回到

串行器，而 无需时分复用。

FPD-Link 串行器 和解串器设备

通过在链路的 每一端连续

抵消其自己的 传输信号来

自动建立 该双向通道。

反向通道通常 以比正向通道

数据低得多的 速度运行，以便于

在两侧实现适当的 分离，并且可以包含

有关同步设备的 信息、触摸中断、

控制信号、 状态信息等。

使用同步反向 通道通信，

还可以在链路上 沿正向或反向方向

启用 I2C 访问或

GPIO 传输。

为了补偿通道 插入损耗 --

该损耗可能很大， 具体取决于运行

速度以及所用 电缆的类型或

长度 -- FPD-Link 解串器利用

多种均衡技术 来恢复高频信号

成分并减轻 码间串扰、

反射或外部噪声 产生的影响。

考虑左侧 显示的眼图。

在串行化设备的 输出端进行

测量时，信号眼的 张开度足够大。

不过，一旦 该高速数据

通过 10 米长的 STP 电缆，插入

损耗和 ISI 的 影响就会极大地

降低眼图 质量，从而

使不均衡的 接收器无法

正确恢复该数据。

通过解串器上的 自适应均衡器后，

您可以看到 眼图已经

恢复了垂直高度 和水平宽度。

首先，FPD-Linkl 解串器利用

连续时间线性 均衡器或 CTLE

电路，该电路 像放大器一样

作用于在有损耗 通道上衰减得

更快的高频信号成分。

CTLE 具有几个 不同的增益级，

以解决不同的通道 损耗问题，具体取决于

系统中使用的 电缆的类型和长度。

接下来，FPD-Link 解串器利用

时钟域恢复或 CDR 电路，通过

降低由 ISI、反射或 外部噪声导致的

抖动影响来进一步 提高时域中的信号

质量。

有关如何解读 此类眼图的

更多详细信息， 请参阅高精度

实验室视频“什么是眼图？”。

FPD-Link 传输通过将输入 数据组合成数据包

或帧来工作，以便 以更高的速度

进行串行传输。

正向通道帧大小可能 在 28 至 40 位的范围内变化，

并使用 8b/10b 样式编码， 具体取决于器件系列。

对于 FPD-Link 正向通道 信号，以千兆赫兹

为单位的 信号频率

是以千兆位/秒的 有效波特率的一半。

例如，4.2 千兆位/秒的

正向通道将使用 2.1 千兆赫兹的基本载波频率。

正向通道帧 可分为四个

主要类别。

有效载荷数据 构成了帧的大部分。

这是数据的 高带宽部分，

可能包括视频像素 信息、音频数据或

其他数据类型， 其中包括来自

雷达、激光 雷达等的输入。

每个帧有两个 嵌入式时钟位，

这有助于 建立高速

信号的时序 并建立帧边界。

DCA 和 DCB 位用于 对信号进行直流

平衡，还用于 在多个连续帧

之间传输编码 信息，以建立链接。

直流平衡有助于 确保交流耦合

通道不会受到 数据中过多 1

或 0 符号引起的 基带漂移的影响。

最后，使用控制 位来传输 I2C、

GPIO、SPI 或 CRC 等边带信息。

FPD-Link III 设备 使用连续反向

通道通信方案， 该方案允许

在同一个导体或 导体对上进行

全双工通信。

反向通道包含 I2C、GPIO、状态

或其他将通过 链路传送到远程

伙伴的信息。

正向通道通信和 反向信道通信

之间的一项主要区别 在于反向通道采用的

是曼彻斯特编码。

该基于跳变的 编码方案允许

较低数据 速率的符号

通过交流 耦合链路，

而无需单独的 时钟通道。

从模拟信号的 角度而言，

务必注意对于 曼彻斯特编码

信号，符号速率 实际上等于数据速率。

例如，如果 反向通道

速率设置为 10 兆位/秒，

则反向通道频率 也将等于 10 兆赫兹。

对于 EMC 优化 以及电源

滤波或同轴 电缆供电

方案等事项 而言，理解这些

频谱非常重要。

好的，让我们 进行一个小测验，

测试一下您的 FPD-Link 知识。

对于每个通道 3.36 千兆位/秒的

FPD-Link 正向 通道频率，

该信号每个 通道的基本

载波频率是多少？

a，3.36 千兆赫兹；b，96 兆赫兹； c，1.68 千兆赫兹；d，6.72 千兆赫兹，

哪一个正确？

答案是 c，1.68 千兆赫兹。

请记住原因。

FPD-Link 正向通道 使用 NRZ 信号，

这会导致每个时钟 周期传输两位。

只要我们以 千兆位/秒

为单位表示 FPD-Link 正向通道 频率，该信号的载波频率

就将是该速率的一半， 以千兆赫兹为单位。

好的，第二题。

对于 20 兆位/秒的 FPD-Link III 反向通道速率，该信号的

基本载波频率 是多少 -- 10

兆赫兹、20 兆赫兹、 5 兆赫兹还是 40 兆赫兹？

那么，请记住，这是个 有点儿难以回答的问题。

答案实际上是 20 千兆赫兹。

这是为什么呢？

因为与正向通道 不同，FPD-Link III 的

反向通道采用的 是曼彻斯特编码，

这意味着以兆位/秒 为单位的波特率

将等于以兆赫兹为 单位的基本载波频率。

最后一题，判断对错。

FPD-Link III 是一种 双向半双工协议。

错。

这是为什么呢？

FPD-Link III 是一种双向 协议，这是正确的。

但请记住，它 实际上是一种

全双工协议， 因为可以同时

在正向和反向 方向上传输

数据，而无需 进行时分复用。

总结一下，您可以 通过访问此处

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产品。

非常感谢您 花时间观看

本视频，下次再见。