Kommunikation mit FPD-Link III SerDes Systemdesign mit Highspeed-Datenkabeln

Betriebssichers Kommunikationssystem mit Highspeed-Kabeln und die Auswirkungen auf die System-Performance.
Betriebssichers Kommunikationssystem mit Highspeed-Kabeln und die Auswirkungen auf die System-Performance.

Um ein betriebssicheres Kommunikationssystem aufzubauen, ist unabhängig von der gewählten Schnittstelle ein genaues Verständnis des Übertragungsmediums nötig. Der Autor geht daher auf die Designparameter von Highspeed-Kabeln ein und beschreibt, wie sich diese auf die System-Performance auswirken.

Moderne Automobile stecken voller Elektronik und sind mit zahlreichen Infotainment- und Fahrassistenzsystemen ausgestattet. Während Ethernet mit UTP-Kabel (Unshielded Twisted-Pair), also ungeschirmten verdrillten Leiterpaaren, implementiert wird, wendet man für Flat-Panel-Display- (FPD)-Link-III-Serializer/Deserializer-Applikationen (SerDes) die STP-Kabel (Shielded Twisted-Pair), also geschirmte verdrillte Leiterpaare, an. Wenn man deren Parameter genau versteht, ist man besser gerüstet, die richtigen kosteneffektiven und leistungsfähigen Kabel für ein robustes System im Automotive-Bereich auszuwählen.

Signalisierungs-Topologien und Übertragungsraten

Die Auswahl des Kabels wird von der Übertragungsrate der Schnittstelle und den Signaltopologien bestimmt. Viele Kommunikations-Schnittstellen nutzen entweder die massebezogene Signalisierung per Koaxialkabel oder die differentielle Signalisierung mittels eines »Differential-Kabels« (Bild 1).

UTP-Kabel werden verbreitet bei niedrigen Übertragungsraten mit Protokollen wie CAN (Controller Area Network) oder Ethernet eingesetzt.

Bei hohen Übertragungsraten und kurzen Distanzen, beispielsweise mit HDMI (High-Definition Multimedia Interface), DisplayPort oder USB, lassen sich mit STP-Kabeln die elektromagnetischen Interferenzen besser in Schach halten. Bei sehr hohen Datenübertragungsraten mit dem SAS-Protokoll (Serial Attached Small Computer System Interface) oder PCIe (Peripheral Component Interconnect express) setzt man dagegen auf leistungsfähige Twinax-Kabel.

Koaxial-Kabel schließlich kommen bei hohen Übertragungsraten und großen Distanzen mit dem Serial Digital Video Interface (SDI) zum Einsatz. Das Kabel und der zugehörige Steckverbindertyp sind so auszuwählen, dass ihre elektrischen Parameter für die gewählte Kommunikations-Technologie geeignet sind. In Tabelle 1 sind einige exemplarische Kabel und ihre Steckverbinder aufgelistet.

Signalisierungs-Topologien für FPD-Link III

FPD-Link III SerDes unterstützt sowohl massebezogene als auch differentielle Signalisierungs-Topologien. Ein FPD-Link III Serializer schickt Highspeed-Videodaten und Steuerdaten in Vorwärtsrichtung an den Deserializer, während der Deserializer auf dem Rückkanal Steuerdaten mit geringerer Übertragungsrate an den Serializer überträgt. FPD-Link III ist eine vollduplexfähige, bidirektionale Kommunikations-verbindung mit einem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium.

Bilder: 4

Signalisierungs-Topologien FPD-Link III, Bilder 2-5

Signalisierungs-Topologien FPD-Link III, Bilder 2-5

Bild 2 zeigt ein FPD-Link-III-Subsystem mit einem differentiellen Leiterpaar, bestehend aus HSD-Steckverbindern (Highspeed Data) und Automotive-tauglichem STQ-Kabel. In Bild 3 ist ein FPD-Link-III-Fahrassistenz-Subsystem dargestellt, das FAKRA-Koax-Steckverbinder und ein Automotive-taugliches Koaxial-Kabel nutzt. Power over Coax (PoC) ist ein Konzept zur Stromversorgung eines abgesetzten Kameramoduls auf der Serializer-Seite.

Die Impedanz eines differentiellen STP-Kabels samt Steckverbindern ist in Bild 4 zu sehen, während das Diagramm in Bild 5 die Impedanz eines Koaxial-Kabels und seiner HF-Steckverbinder wiedergibt.

Die Rückflussdämpfung

Die Rückflussdämpfung ist eine andere Art, die Impedanz im Frequenzbereich zu betrachten. Sie ist ein wichtiger Parameter, der Auskunft darüber gibt, wie gut die Impedanz über die Frequenz mit einer Referenz-Impedanz übereinstimmt.

Die Definition der Rückflussdämpfung ist in Bild 6 zu sehen, und Bild 7 zeigt die Rückflussdämpfung eines Koaxial-Kabels und eines STQ-Kabels (Shielded Twisted Quad).

Ein gutes konfektioniertes Kabel weist eine geringe Rückflussdämpfung auf, die seine Fähigkeit zur Unterdrückung von Reflexionen deutlich macht. In einem Vollduplexsystem wie FPD-Link III beeinflusst die Rückflussdämpfung eines Kabels auch die Fähigkeit des Empfängers zur Eindämmung von Echos, die sich auf das empfangene Signal auswirken.