在當(dāng)今的汽車領(lǐng)域，大量電子設(shè)備、信息娛樂系統(tǒng)以及駕駛輔助子系統(tǒng)的配備，使得高速穩(wěn)定的通信顯得尤為重要。以太網(wǎng)采用非屏蔽雙絞線（UTP）電纜，而車機(jī)顯示器（FPD） - Link III 串行器 / 解串器（SerDes）則使用屏蔽雙絞線（STP）或同軸電纜。對(duì)于任何接口而言，深入了解傳輸介質(zhì)對(duì)于設(shè)計(jì)穩(wěn)健可靠的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。接下來，我們將詳細(xì)探討車載總線 FPD - Link III SerDes 高速線纜的相關(guān)內(nèi)容。
線纜的選型取決于接口速率以及信號(hào)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。眾多通信接口會(huì)采用單端信令（使用同軸電纜）或差分信令（使用差分線纜）這兩種信令拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，如圖 1 所示。
在傳輸速率方面，非屏蔽雙絞線（UTP）電纜在采用控制器局域網(wǎng)（CAN）協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議等協(xié)議的低速傳輸場(chǎng)景中廣受歡迎。而在需要進(jìn)行高速短距離傳輸時(shí)，例如采用高清多媒體接口（HDMI）、DisplayPort 以及通用串行總線（USB）協(xié)議的傳輸場(chǎng)景，屏蔽雙絞線（STP）電纜能更有效地抑制電磁干擾。對(duì)于采用串行連接小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SAS）協(xié)議或高速外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)（PCIe）的超高速數(shù)據(jù)傳輸，性能更高的屏蔽雙軸電纜則是更優(yōu)選擇。，在通過串行數(shù)字視頻接口（SDI）進(jìn)行高速遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，同軸電纜會(huì)被采用。信號(hào)傳輸需要選擇合適的線纜及其配套的連接器類型，確保它們的電氣參數(shù)能夠滿足所選通信技術(shù)的要求，表 1 列出了一些線纜與連接器的示例。
FPD - Link III 串行解串器（SerDes）支持單端和差分兩種信號(hào)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。串行器將高速視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)以正向方式傳輸至解串器，而解串器則將低速反向通道控制數(shù)據(jù)回傳給串行器，它是一種全雙工、雙向通信鏈路，共享同一傳輸介質(zhì)。圖 2 展示了采用差分對(duì)的 FPD - Link III 子系統(tǒng)，該差分對(duì)由高速數(shù)據(jù)（HSD）連接器和汽車級(jí) STQ 電纜組成。圖 3 則展示了采用 FAKRA 同軸連接器和汽車級(jí)同軸電纜的 FPD - Link III 駕駛輔助子系統(tǒng)，同軸電纜供電（PoC）方案用于為串行器端的遠(yuǎn)程攝像頭模塊供電。
電纜及其連接器的特性阻抗應(yīng)與發(fā)射器和接收器的阻抗相匹配。差分電纜通常采用非屏蔽雙絞線（UTP）、屏蔽雙絞線（STP）、STQ 或雙軸線纜結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn) 100 Ω 的差分阻抗。同軸電纜的設(shè)計(jì)特性阻抗為 50 Ω 或 75 Ω。
當(dāng)屏蔽雙絞線（STP）電纜接入連接器時(shí)，STP 電纜的一小段會(huì)被解開雙絞以安裝到連接器上，但解開雙絞會(huì)使連接器處的線纜阻抗升高。同樣，為了將同軸電纜安裝到其連接器上，需去除同軸電纜一小段的屏蔽編織層，這也會(huì)導(dǎo)致阻抗增加。因此，為應(yīng)對(duì)阻抗升高的情況，會(huì)為連接器區(qū)域分配更大的阻抗容差，而電纜本身的制造容差則更為嚴(yán)格。圖 4 展示了差分屏蔽雙絞線（STP）電纜及其連接器的阻抗情況。圖 5 展示了同軸電纜及其射頻（RF）連接器的阻抗特性。
回波損耗是從頻域角度審視阻抗匹配特性的另一種方式，它是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，能夠表明在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，被測(cè)阻抗與參考阻抗之間的匹配程度，如圖 6 所示。圖 7 則呈現(xiàn)了同軸電纜以及屏蔽四絞線（STQ）電纜的回波損耗情況。
一款優(yōu)質(zhì)的線纜組件應(yīng)具備較低的回波損耗，這反映出其能夠有效避免產(chǎn)生信號(hào)反射的能力。在諸如 FPD - Link III 這類全雙工系統(tǒng)中，線纜的回波損耗同樣會(huì)影響接收器降低回波干擾的能力，而這種回波干擾會(huì)對(duì)接收到的信號(hào)質(zhì)量造成影響。
插入損耗是高速線纜組件的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它體現(xiàn)了信號(hào)從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鬟^程中所產(chǎn)生的損耗量，如圖 8 描繪了一條 15 米長(zhǎng)同軸電纜的損耗特性。
在直流（頻率 = 0 Hz）情況下，銅線自身的內(nèi)阻會(huì)導(dǎo)致插入損耗。在低頻段（大約 500 MHz 以下），趨膚效應(yīng)成為插入損耗的主導(dǎo)因素，此時(shí)電子傾向于在線纜外表面流動(dòng)，這實(shí)際上增大了線纜的電阻，趨膚損耗與頻率成反比關(guān)系。在更高頻率下，介質(zhì)損耗成為插入損耗的主導(dǎo)因素，它取決于線纜周圍介質(zhì)材料的電學(xué)特性，介質(zhì)損耗與頻率成正比。
線纜的插入損耗特性表現(xiàn)為低通濾波器的特性，這會(huì)給通過線纜傳輸?shù)母咚俅斜忍亓饕氪a間干擾（ISI）抖動(dòng)。接收器通常內(nèi)置均衡器電路，該電路實(shí)現(xiàn)高通濾波功能，以抵消線纜所產(chǎn)生的低通濾波效應(yīng)。自適應(yīng)均衡器包含一個(gè)控制回路，能夠自動(dòng)選擇與線纜損耗特性緊密匹配的高通濾波器設(shè)置。
選擇合適的高速線纜需考慮運(yùn)行頻率范圍、線性區(qū)域（即在該頻率范圍內(nèi)插入損耗不會(huì)出現(xiàn)急劇下降的區(qū)域）以及插入損耗是否處于接收器均衡器能夠補(bǔ)償?shù)姆秶畠?nèi)。如圖 8 所示，一條 15 米長(zhǎng)的同軸電纜可用帶寬為 3 GHz ，能夠支持高達(dá)約 6 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。圖 9 展示了 STQ 差分電纜的插入損耗情況，可以看到，由于線纜雙絞的特性，損耗會(huì)出現(xiàn)急劇下降。一條 10 米長(zhǎng)的差分電纜可用帶寬為 2.5 GHz ，能夠支持高達(dá)約 5 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在差分信號(hào)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，線纜對(duì)稱性至關(guān)重要，它能夠確保差分線纜末端接收到的信號(hào)依然保持其互補(bǔ)特性，即幅度相等、相位相反。線纜對(duì)稱性意味著差分對(duì)中的兩根線纜具有完全相同的物理特性，例如線徑、長(zhǎng)度和絞合方式，以及相同的材料特性，如介電常數(shù)。
若線纜存在不對(duì)稱性，便會(huì)引發(fā)模式轉(zhuǎn)換問題，部分傳輸?shù)牟罘中盘?hào)會(huì)轉(zhuǎn)換為共模信號(hào)，進(jìn)而影響接收器的信號(hào)質(zhì)量，展示了差分線纜中差分信號(hào)向共模信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程。
高速線纜應(yīng)具備高度的對(duì)稱性，其模式轉(zhuǎn)換水平應(yīng)比插入損耗低 10 dB 以上。在時(shí)域中，不對(duì)稱線纜通常會(huì)表現(xiàn)出差分對(duì)內(nèi)時(shí)延偏差（互補(bǔ)信號(hào)到達(dá)目的端的時(shí)間存在細(xì)微差異）和幅度不匹配（互補(bǔ)信號(hào)的幅度或波形存在細(xì)微差異）這一種或兩種特征。過度的模式轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致接收到的差分信號(hào)發(fā)生畸變。針對(duì)不對(duì)稱線纜所引發(fā)的問題，通?？刹捎霉材６罅魅Γ╟ommon - mode choke）作為解決方案，它能夠有效抑制接收器輸入端不需要的共模信號(hào)。
串?dāng)_（Crosstalk）是指來自鄰近 “干擾源” （aggressor）發(fā)射器的信號(hào)，對(duì) “ 受擾端 ” （victim）接收器所造成的干擾信號(hào)。展示了單向傳輸中的遠(yuǎn)端串?dāng)_（Far - End Crosstalk ，F(xiàn)EXT）以及雙向傳輸中的近端串?dāng)_（Near - End Crosstalk ，NEXT）情況。
連接器中相鄰的信號(hào)引腳之間會(huì)產(chǎn)生顯著的串?dāng)_影響。串?dāng)_會(huì)降低接收器輸入端的信噪比。在更高頻率下，由于插入損耗增大，接收到的信號(hào)幅度會(huì)更小，而與此同時(shí)串?dāng)_程度卻會(huì)增加，進(jìn)而更嚴(yán)重地惡化接收到的信號(hào)質(zhì)量。展示了屏蔽四絞線（STQ）電纜的插入損耗和串?dāng)_情況。選擇設(shè)計(jì)精良的線纜組件能夠確保達(dá)到可接受的信號(hào)與串?dāng)_比（信串比）。，由于遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）的存在，線纜的帶寬下降了約 2 GHz 。
串?dāng)_并非多對(duì)線纜所獨(dú)有的問題。展示了一個(gè)攝像頭集線器中的四路接收器，該集線器通過四根獨(dú)立的同軸電纜分別連接到四個(gè)攝像頭模塊。來自其他三個(gè)干擾源發(fā)射器的串?dāng)_會(huì)影響每一個(gè)接收器，因此，需要選用具有低串?dāng)_性能的四路連接器。
汽車線纜組件必須能夠承受高溫以及其他惡劣的工作環(huán)境。為了便于線纜布線和設(shè)備安裝，車輛中的線纜通常會(huì)配備多個(gè)直插式（內(nèi)聯(lián)式）連接器。然而，每個(gè)連接器都會(huì)引入阻抗不匹配問題，而多個(gè)直插式連接器的存在會(huì)進(jìn)一步降低線纜組件的回波損耗性能。同時(shí)，由阻抗不匹配引發(fā)的反射信號(hào)還會(huì)導(dǎo)致插入損耗出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)。 對(duì)比了相同長(zhǎng)度直通線纜（無連接器）與配備直插式連接器的線纜組件，展示了連接器對(duì)回波損耗和插入損耗的影響。
