Differenzielle Signalübertragung im Auto: Konkurrenz für Busse?

Die Automobilhersteller verwenden Busse wie CAN und MOST, um die Infotainment-Einheiten anzubinden. Für HD-Video kommen zunehmend Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit differenzieller Signalübertragung zum Einsatz. Ein neuer Wettbewerb für Bussysteme?

Derzeit herrscht etwas Verwirrung um Datenübertragungssysteme im Auto. Es gibt etablierte Bussysteme wie CAN und LIN. Im Infotainment-Bereich verwenden die Hersteller derzeit häufig MOST, es sind aber auch Stimmen zu hören, die Ethernet im Auto eine große Zukunft vorhersagen. Davon abgesehen gibt es in der Übertragung von hohen Datenraten, etwa Videoströmen, Anforderungen, die die genannten Bussysteme derzeit nicht erfüllen können, insbesondere, wenn die Daten aus Qualitätsgründen nicht komprimiert werden sollten.

Aus rein physikalischen Gründen der Signalintegrität müssten die Bus- und Ring-Strukturen mittels Switches oder Hubs auf elektrisch getrennte Segmente umgesetzt werden, was die Systemkosten erhöht. Hier kommen häufig nicht mehr Analog-Video-, sondern Digital-Video-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zum Einsatz, die auf der differenziellen Signalübertragung beruhen. Sie verwenden die Hersteller beispielsweise für die Verbindung von der Head-Unit zum zentralen Informations-Display, zu den Kombi-Instrumentenanzeigen und zu Entertainment-Displays der Rückseite der Vordersitze.

Und während die Kameras im Auto die Videoaufnahmen bis vor kurzem überwiegend über analoge Übertragung weitergaben, erfolgen sie nun mehr und mehr digital, auch auf Basis der differenziellen Signalübertragung. Bisher sind die Verfahren der differenziellen Signalübertragung also eine sinnvolle Ergänzung zu Bussystemen, immer dann, wenn die zur Verfügung stehenden Datenraten nicht ausreichen und Datenkompressionen die Bildqualität zu stark beeinträchtigen würden. Die Übertragung kann zudem als reine »Datenpumpe« ausgelegt werden, d.h. die Videodaten werden transparent zwischen Grafik- Quelle (DVD oder Imager) und Grafik-Senke (Display oder ECU) ein- und ausgetaktet. Damit entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Media-Access-Controllers.

Hohe Erwartungshaltung der Kunden

»Die Erwartungshaltung der Kunden ist zunehmend geprägt von ihren Erfahrungen im Consumer- Bereich (großformatige LCD-TVs mit Full-HD-Auflösung, DVD/Blu-ray Laufwerke) und Business-Sektor (Notebooks mit SXGA+ Widescreens). Für die Übertragung von ansprechenden, lebendigen Videos mit ausreichender Farbtiefe fordern die Hersteller zwischen 2 und 4 GBit/s, das kann kein Bussystem«, sagt Dr. Thomas Wirschem, verantwortlich für das technische Marketing von High-Speed-Interface-, Ethernet- und Timing-Produkten bei National Semiconductor.

Derzeit gibt es eine Reihe von differenziellen Übertragungsverfahren. Das bekannteste ist sicherlich LVDS (Low Voltage Differential Signaling), das in den 90er-Jahren von National Semiconductor konzipiert und der Standardisierung zugeführt wurde. Weitere Hersteller wie Texas Instruments und Maxim folgten. Mit zwei geschirmten Twisted-Pair-Leitungen erreicht LVDS eine Datenübertragungsrate von 2,5 GBit/s. Die LVDS-Chips von National Semiconductor dürften heute die am häufigsten eingesetzten Chips für Punkt-zu-Punkt- Verbindungen im Auto sein. LVDS an sich ist ein offener Standard und in IEEE1596.3 und ANSI/ TIA/EIA-644 beschrieben und definiert die rein elektrischen Eigenschaften der Ein- und Ausgänge.

Zwar schreibt der LVDS-Standard die Art der Daten-Serialisierung hinsichtlich Bit-Mapping und Codierung nicht vor, das heißt aber nicht, dass LVDS-Chips unterschiedlicher Hersteller kompatibel sind. Denn die Hersteller, die SerDes-Chipsets für den Einsatz in Autos anbieten, unterscheiden sich im Coding. Es ist deshalb nicht möglich, etwa die Head-Unit und die Displays mit Chips verschiedener Hersteller auszustatten. Allerdings sind die Automobilhersteller nicht begeistert, wenn sie Chips nur aus einer Quelle beziehen können. Deshalb legen sie ihre Head-Units und Displays so aus, dass die Komponenten verschiedener Hersteller darin eingebaut werden können, doch müssen Sender und Empfänger jeweils vom selben Hersteller sein.