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Umhüllt, nicht verdrillt

Koaxialer High-Speed-Video-Link für Automobilanwendungen

07. Mai 2012, 11:03 Uhr   |  Von Dr. Stefan Buntz, Dr. Thomas Kibler, Dr. Helmut Leier und Henri Weller

Koaxialer High-Speed-Video-Link für Automobilanwendungen
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Für die breitbandige digitale Videosignalübertragung im Fahrzeug werden heute Technologien wie z.B. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) eingesetzt, bei denen das zu übertragende Signal aus EMV-Gründen als Differenzsignal codiert ist. Für die Verkabelung müssen allerdings hochwertige geschirmte und verdrillte Leitungen zusammen mit aufwendigen Stecksys­temen eingesetzt werden. Eine Alternative stellt die Verwendung von Koaxialkabeln dar. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich trotz des vereinfachten Übertragungsmediums sowohl Emission als auch Störfestigkeit im Hochfrequenzbereich beherrschen lassen. Künftige High-Speed-Video-Verbindungen lassen sich so kleiner, leichter und kostengünstiger realisieren.

Serielle Videoübertragungstechnologien werden vielfach im Automobil zur Vernetzung von Kameras, Displays und Steuergeräten eingesetzt. Die Übertragung unkomprimierter Videodaten hat für bestimmte Applikationen einige Vorteile. Serielle Übertragungsprotokolle erlauben heute den Transfer von Datenraten im Bereich von 3 bis 4 Gbit/s und damit die Ansteuerung von Displays mit bis zu Full-HD-Auflösung. Dabei ist die Integration der Serializer- und Deserializer-Bauteile in die Steuergeräte aufgrund geringer Anforderungen an zusätzliche Hardware und Software einfach und kostengünstig. Im Gegensatz dazu benötigen Buslösungen zur Videoübertragung die Anbindung an einen entsprechenden Netzwerk-Controller und ggf. Ressourcen für die Datenkompression. Da für viele Applikationen eine vollständige Funktionsvernetzung in der gesamten Videoarchitektur nicht gefordert ist und für manche Verbindungen eine Datenkompression aufgrund von Bildqualitätsverlusten und zusätzlichen Latenzzeiten nicht umsetzbar ist, sind busorientierte Videoübertragungstechnologien gegenwärtig nur bedingt attraktiv.

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Bild 1. Beispiele für Anwendungsfelder von seriellen Videoübertragungstechnologien.

Bild 1 zeigt beispielhaft die Video-Architektur eines Oberklasse-Fahrzeugs. Die seriellen Videoverbindungen werden vorzugsweise zur Anbindung von Displays eingesetzt, die mit Video- und MMI-Inhalten von zentralen Infotainment-Einheiten (Head-Unit und Fond-Unit) versorgt werden. Head-Unit und Fond-Unit selbst sind Empfänger von Entertainment-Videoinhalten (z.B. TV-Tuner) und Assistenz-Videodaten (z.B. Rückfahrkamera).

Aufgrund der hohen Anzahl an diskreten Verbindungen ist eine Kosten- und Bauraum-Minimierung zwingend erforderlich. Aktuell verfügbare Technologien auf Basis geschirmter differenzieller Übertragungsverfahren zeigen sowohl bezüglich des Bauraums (z.B. Steckergröße und Kabelquerschnitt) als auch der relativ hohen Kosten der momentan weit verbreiteten Stern-Vier-Kabel-Systeme Optimierungspotential auf. Diese Stern-Vierer-Konstruktion – auch STQ, Shielded Twisted Quad genannt – hat sich trotz der geringfügigen Kostennachteile gegenüber der geschirmten Twisted-Pair-Lösung aufgrund der durch die Geometrie gegebenen deutlich besseren HF-Eigenschaften in der Automobilindustrie als Übertragungsmedium etabliert. In den vergangenen Jahren ist oftmals die Alternative einer Übertragung über ungeschirmte verdrillte Leitungen (Unshielded Twisted Pair) diskutiert worden. Entsprechende Lösungen stellen aber nicht genügend hohe Datenübertragungsraten bereit und bedürfen daher einer Kompression, welche nur bedingt eingesetzt werden kann.

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1. Koaxialer High-Speed-Video-Link für Automobilanwendungen
2. Technologieansatz einer koax-basierten Videodatenübertragung
3. Vereinfachung der Leitungssysteme
4. Untersuchung der EMV-Eigenschaften
5. Untersuchung der HF-Störemission
6. Untersuchung der HF-Störfestigkeit
7. Untersuchung der Transientenstörfestigkeit
8. Die Autoren:

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