隨著中國汽車行業(yè)開始大力沿著“軟件定義汽車”的方向發(fā)展，整車開始圍繞SOA電子電氣架構進行開發(fā)，高效的硬件平臺以中央集成OIB、分域控制VIU為核心，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，能接管車輛主動操控汽車。在巨大算力的支持下，不僅提升了整車操控的流暢性，還使得車輛具備全生命周期的硬件升級進化能力。由于數(shù)據(jù)量的提升，高速數(shù)據(jù)連接成了智能汽車里面的必要的選擇。

▲ 圖1. 新型的電子電氣架構

汽車和整個社會的電氣化時代已然來臨，現(xiàn)代汽車環(huán)境內(nèi)外均出現(xiàn)了各種EMI相關的問題。

此類EMI干擾，導致了信號弱化或損壞；傳輸信號的解決方案是通過各種鏈接，一旦信號出現(xiàn)問題，可能導致關鍵傳感器和ADAS系統(tǒng)故障，有時甚至會引發(fā)災難性后果。

Part 1

EMC問題

汽車對電磁干擾(EMI)性能具有嚴格要求，是所有車載設備都要面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一。隨著傳輸數(shù)據(jù)量的增長，對信號傳輸速度的要求也越來越快。行業(yè)面臨的第一個挑戰(zhàn)是要設定高速連接技術的限值和所需帶寬。汽車工業(yè)和汽車制造商的目標是滿足關于電磁兼容性（EMC）的要求，大致分為兩個：

一是必須確保電子設備自身不會發(fā)出過多的電磁干擾噪聲（EMI）；

二是不被其他系統(tǒng)發(fā)出的噪聲所影響（EMS）。

目前，利用傳統(tǒng)技術的車載連接解決方案，減少電子噪聲影響主要的手段包括：減少帶寬、減少電纜長度以及為增加昂貴的屏蔽電纜等。然而，上述所有解決手段并非最優(yōu)解，反而會對下一代智能汽車的高速通信造成嚴重阻礙。

● 減少帶寬

減少電子干擾并提高信噪比（SNR）最簡單有效的方法之一就是降低帶寬。

但隨著先進感知傳感器（如相機、雷達和激光雷達）數(shù)量的增加和對傳輸質(zhì)量的優(yōu)化，帶寬需求將急速增長。

在這里，我們能看到整個設計的目標就是不斷提升EE架構的鏈接帶寬，因此技術層面會遇到更多困難。隨著汽車的邊沿計算能力增強，需要在理論的速度上，增加軟件額外的傳輸需求。這就需要在做設計的過程中，提高芯片的能力。EMC若要符合要求，應當建立在高速傳輸和高帶寬的基礎上。

▲圖2. 汽車帶寬的增加

● 限制電纜長度

縮短信號傳播的距離也大大減少了電磁干擾的影響，因為這讓信號在整個通道中的衰減有限，能夠保持原始強度。然而，汽車行業(yè)正在淘汰分布式E/E架構，轉(zhuǎn)向域和集中式E/E架構，以幫助促進傳感器融合和“軟件定義汽車”(SDV)，而這些新的汽車架構需要更長的布線（點對點的連接）。

我們可以看到，整個集中式架構中，雖然整體線纜長度是減少的，但是對于單個信號來看，由于可能需要覆蓋全車，特別是高速信號并不希望中轉(zhuǎn)而是直接傳輸，所以信號傳輸?shù)拈L度變長了。

▲圖3. 分布式(邊緣)、分區(qū)和集中式E/E架構

——汽車行業(yè)正在從分布式體系結構（每個傳感器連接到一個獨立的ECU）轉(zhuǎn)向分區(qū)和集中式體系結構（多個傳感器連接到單個ECU），這需要更長的電纜、高帶寬和強大的處理能力

● 提高頻率

頻率提高可以支持通道發(fā)送更高的帶寬，這是一些車載連接解決方案為滿足目前需求所采取的方法。然而，信號衰減隨著頻率的增加而增加，長距離傳輸效果將受到影響，并使連接電纜極度容易受到EMI的影響。

● 增加屏蔽電纜

增加屏蔽電纜以減少EMI的影響，同時也能夠減少來自電纜本身的輻射干擾。這個方案似乎十分合適。

然而，近來有研究指出，由于屏蔽電纜的老化和應力會嚴重退化，在涉及到需要運動的裝置中（如門、側視鏡和后備箱蓋）尤為如此。EMI對老化、磨損的屏蔽電纜有不利影響，使它們變得無效且?guī)砀箫L險。最嚴重的是，由于屏蔽電纜隨時間推移而失效，電纜本身將成為EMI輻射源。

▲圖4. 隨著時間的推移，電纜屏蔽效果下降，

更多的噪聲將耦合到信號中，弱化信噪比

目前EMC測試存在的問題

目前業(yè)內(nèi)的EMC測試方法集中在新型短屏蔽電纜上，沒有考慮到連接電纜在現(xiàn)實世界中所處的條件和壓力。如果EMC測試繼續(xù)以這種方式進行，那么未來相關車輛將面臨大規(guī)模召回，或者其他事故。

Part 2

解決方案——MIPI A-PHY

為解決上述種種挑戰(zhàn)，MIPI A-PHY標準于2020年發(fā)布，它支持為實現(xiàn)汽車的高級別自動駕駛而進行創(chuàng)新，并使用數(shù)字信號處理(DSP)等自適應方法實現(xiàn)高帶寬、長連接、實時鏈路，還具有強大的處理EMI問題的性能。

ValensVA7000芯片組采用的DSP完全符合MIPIA-PHY規(guī)格的芯片組，包含的三個主要元素，可以處理EMI：

（1）實時噪聲消除（JITNC）

一種快速、自適應的噪聲消除方法，以減少EMI的影響。其對于處理窄帶干擾（NBI）極為有效，這種尖銳、突發(fā)的噪音是傳統(tǒng)車載連接解決方案難以處理的。JITNC可以消除高達36dbm的噪聲。

（2）高階脈沖幅度調(diào)制（PAM）

Valens芯片組可以使用PAM16工作，這是一種在同一時間段內(nèi)發(fā)送更多數(shù)據(jù)的方式，支持更高的數(shù)據(jù)速率，同時保持較低載波頻率，防止信號衰減和干擾。雖然一些傳統(tǒng)的車載連接解決方案確實使用PAM4，但它仍然不能為目前的ADAS和信息娛樂系統(tǒng)所需的高帶寬提供支持。Valens的PAM16不僅滿足了如今的帶寬需求，還為未來的需求留出充足空間。

（3）動態(tài)PHY級重傳

有時環(huán)境噪聲太大，數(shù)據(jù)包可能因干擾而傳輸失敗。當這種情況發(fā)生時，MIPI A-PHY標準要求在PHY級別重新傳輸數(shù)據(jù)包。PHY級操作允許極快速的數(shù)據(jù)傳輸。由于此時引起初始故障的EMI可能還沒有消散，因此動態(tài)控制的重傳，會使用比最初發(fā)送時更低的PAM來進行。比如，如果原始傳輸是使用PAM16發(fā)送的，那么重傳將以PAM8發(fā)送。這大大降低了傳輸再次失敗的機會，這也是Valens A-PHY兼容芯片組實現(xiàn)行業(yè)中最低錯誤率的原因之一。

Valens獨一無二的UTP功能

Valens芯片組內(nèi)的DSP編碼可以減輕電磁干擾帶來的影響，從而可以使用非屏蔽雙絞線(UTP)，速度可達4Gbps，傳輸距離可達10米。這使得Valens芯片組具有很多優(yōu)點，比如降低系統(tǒng)成本，系統(tǒng)設計和布局更加靈活，并在設計系統(tǒng)架構時提供更多的選擇。UTP的應用是Valens芯片組的一大重大突破 。

結論

現(xiàn)代汽車處于信號繁雜的環(huán)境當中，隨著汽車電子設備，如ADAS組件、數(shù)字駕駛艙和汽車上的各個組件逐步豐富，設備的體積只會越來越大。過去，EMI的影響已經(jīng)被證明對關鍵系統(tǒng)有非常嚴重的影響，曾導致多次汽車召回，甚至死亡事故。在各個領域中限制EMI的應該是首先要考慮的問題。如果整車廠的設計未充分考慮到此，將無法把ADAS、V2X通信、信息娛樂和其他領域的創(chuàng)新設計應用到汽車產(chǎn)品當中。

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