多媒體顯示系統鏈路硬件性能探究及系統故障分析方法

【摘" 要】此文主要介紹常規多媒體顯示硬件鏈路組成、原理，基于硬件鏈路插入損耗、回波損耗等高頻性能分析為出發點，模擬不同硬件異常與故障的關系，建立故障模型，介紹不同的排查方法，便于快速鎖定多媒體顯示故障。同時介紹某車型實際問題的排查過程，便于更好地理解運用。

【關鍵詞】Fakra；HSD；高頻特性；頻率；插入損耗；顯示系統；故障模型

中圖分類號：U463.6" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2022 ）12-0047-04

Research on Link Hardware Performance and System Failure Analysis Method of Multimedia Display System

LUO Ming，LU Yun，XIA Ming-chun，SHI Hong-wei，LUAN Ji-zhe，YAN Peng，ZHANG Le，DING Gang

（Geely Automotive Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Cixi 315315，China）

【Abstract】This article mainly introducesthe composition and principle of conventional multimedia display hardware links. Based on the analysis of high-frequency performance such as hardware link insertion loss and return loss as the starting point，it simulates the relationship between different hardware anomalies and faults，establishes fault models，and introduces different troubleshooting methods，so as to quickly lock the multimedia display faults. At the same time，the investigation process of the actual problems of a vehicle is introduced to facilitate better understanding and application.

【Key words】Fakra；HSD；high-frequency characteristics；frequency；insertion loss；display system；troubleshooting model

新四化背景下，智能座艙、智能駕駛等技術趨于常態化運用，未來汽車甚至會與家電、公共基礎設施實現萬物互聯。為此，Fakra、HSD特殊線束在汽車線束中占比會爆發式增長，同時作為傳輸數據、實現功能的載體，承載的傳輸速率越來越高，然而當閃屏、黑屏等故障發生，直接影響客戶的體驗感，也增加了系統排查難度。特殊導線作為系統之間的硬件連接，往往“困”在系統故障中，難以排除自身的問題。此文通過不同線纜長度，模擬不同插入損耗以及破壞線纜結構這兩種方式模擬異常高頻性能，建立故障模型，同時從系統硬件角度總結故障排查方法，便于快速鎖定故障原因。

1" 顯示系統數據傳輸硬件

當前主流TI、GMSL串解碼器芯片廠家定義，Fakra、Lvds特殊導線都可以傳輸圖像視頻信號，但當前大部分OEM基于低壓差分對信號穩定性采用Lvds規格；未來基于顯示系統技術成熟及Fakra成本優勢，未來主機到大屏的圖像視頻數據傳輸會采用Fakra取代Lvds。不同品牌不同型號串解碼芯片也有著不同的應用，一方面主要基于不同的工作頻率、傳輸速率進行區分，另一方面，基于一個系統中串碼器解碼器數量匹配的運用，比如，常規一對串解碼器，也有通過2個串碼器、一個解碼器的組合，具體得看選用的串解碼芯片規格，同時恰恰這種串解碼器的組合決定了板端HSD插件的定義及功能。圖1為常規一對串解碼器系統的顯示系統硬件。

圖像數據通過④串碼器⑤解碼器之間，把圖像數據采用全雙工串行傳輸。①PCB板+⑦inline插件+②線纜+⑦inline插件+③PCB板，這些為整個鏈路的傳輸硬件。從硬件角度，也就是這條鏈路上的高頻性能、特性阻抗、插入損耗、回波損耗決定了圖像數據從發射端-串碼器芯片，至接收端-解碼器芯片信號接收的完整性。

2" 多媒體顯示系統鏈路高頻性能探究

臺架設備：主機、大屏、HSD特殊導線總成，其中特殊導線線纜規格Dacar535、羅森博格HSD插件、主機大屏芯片采用GMSL2 3bps/187MHz芯片；測試設備：網分儀，做以下探究。

1）HSD插件不同PIN硬線斷開，模擬故障現象，見表1。

此串解碼系統中，HSD線纜中2對差分對，僅用了一對差分對，另外一對差分對沒有實際意義，為此近遠端串擾不必測試，包括黑屏等故障無需測試這對差分對的瞬斷及對應鏈路的高頻參數。

2）不同高頻性能，模擬故障現象。鏈路硬件性能決定信號完整性的上限，硬件性能才是根本，倘若硬件性能不達標，再完美的軟件也解決不了信號完整性差導致黑屏閃屏等問題。在硬件高頻性能中，插入損耗、特性阻抗特別需要關注，其中插入損耗是④發射端到⑤接收端鏈路中的損耗，同時插入損耗是PCB焊接+inline插件+線纜+inline插件+PCB板每個區間插入損耗的總和，另外特征阻抗值PCB焊接+inline插件+線纜+inline插件+PCB板各區間值在標準范圍內，要求越匹配越好，反之不匹配會導致回波損耗，比如PCB端特性阻抗100Ω，插件端95Ω，在PCB與插件連接處就會產生回波損耗，反之PCB端特性阻抗100Ω，插件端100Ω，那么鏈路無回波損耗。總之，插入損耗、回波損耗是影響信號完整性的根本。為此，通過不同線纜長度及inline的組成，模擬不同的插入損耗、回波損耗，模擬故障。

2.1" 3m+2m+0.8m+0.8m特殊導線長度

3m+2m+0.8m+0.8m（3對inline），臺架驗證顯示屏功能顯示正常。回波損耗結果（圖2）頻率1.5GHz，17.5db；插入損耗結果（圖3）頻率1.5GHz，9.9db。

2.2" 3m+2m+0.8+0.8m+0.8m特殊導線長度

3m+2m+0.8m+0.8m+0.8m（4對inline），臺架驗證顯示屏出現雪花，抖動。回波損耗結果（圖4）頻率1.5GHz，17.7db；插入損耗結果（圖5）頻率1.5GHz，11.2db。

2.3" 3m+2m+0.8m+0.8m+0.8m+0.8m特殊導線長度

3m+2m+0.8m+0.8m+0.8m+0.8m（5對inline），臺架驗證顯示屏出現黑屏。回波損耗結果（圖6）頻率1.5GHz，19.1db；插入損耗結果（圖7）頻率1.5GHz，12.7db。

2.4" 小結

1）傳統認識：黑屏與物理硬件瞬斷有關，閃屏、花屏、甚至是卡屏，均與物理硬件無關，往往是軟件問題導致。其實不然，當整個鏈路的硬件插入損耗、回波損耗超過一定值也會產生此故障。同時，隨著特殊導線長度、inline數量增加，插入損耗變大，在1.5GHz工作頻率，當線纜連接器超過11.2db，加上PCB板各2db，也就是整個鏈路值超過15.2db后，陸續故障發生，先是雪花屏、抖動，再黑屏。同時我們也對線纜結構進行破壞，當鋁箔、編織、介質去除，隨著絞距的增大，也有出現相同的故障。

2）黑屏問題硬件原因：①Wakeup信號斷路；②插入損耗整個鏈路（PCB板+插件+線纜+插件+PCB板）超標，比如超過16.7db；③低壓差分對其中一條線路在一定周期內斷路（根據GMSL、TI協議，一般是3個周期內，具體得根據軟件設置）。

3）花屏、閃屏、抖動問題硬件原因：插入損耗整個鏈路（PCB板+插件+線纜+插件+PCB板）超標，比如在15.2～16.7db之間。

4）采用不同串解碼芯片，對應的故障模型中插入損耗取值會存在差異；具體故障模式與軟件設定有關系，比如，一定周期內信號丟失，可以設置成黑屏，也可以設置成卡屏。

3" 排查方法

3.1" 黑屏問題排查方法

1）針對原因①，這種情況往往連接器出問題概率較大，重點測試連接器瞬斷驗證，按QC/T 1067.1—2017《汽車電線束和電氣設備用連接器 第1部分：定義、試驗方法和一般性能要求》4.17中V1等級設置振動條件，監測Lvds+（回路1pin）、Lvds-（回路3pin），瞬斷測試儀按圖8中②⑤連接，特別注意此處瞬斷測試的判斷條件遠遠嚴格于普通低壓連接器的要求，需按250mV，200ps周期判斷（同時需參考軟件設置失鎖時間定）。

2）針對原因②：采用硬件鏈路測試，分靜態和動態測試。其中靜態測試，需要對PCB端（按圖8①③，④⑥連接）、線束端（按圖8③④連接）單件分別測試，然后整個鏈路（按圖8①⑥）測試。測試高頻性能主要是插入損耗、回波損耗、特性阻抗這些關鍵特性。動態測試，針對那些偶發、涉及故障工況在顛簸路發生的。同時動態測試之前，需要靜態測試作為對比數據。特別強調，此方法不僅針對適用于HSD傳輸故障排查，同樣適用于Fakra傳輸故障排查。

3）針對原因③：通過瞬斷驗證，QC/T 1067.1—2017《汽車電線束和電氣設備用連接器 第1部分：定義、試驗方法和一般性能要求》4.17中V1等級設置振動條件，動態振動測試Wakeup（回路5pin），判斷條件按普通低壓連接器要求：電阻值連續大于7Ω的時間不大于1μs。

3.2" 花屏、閃屏問題排查方法

采用硬件鏈路測試，具體同黑屏問題原因2排查方法一致。

4" 排查方法應用

某車型量產前期，市場偶發多媒體DVR卡滯，其余功能正常（系統物理硬件連接見圖9），娛樂主機與智能檢測模塊之間的串解碼芯片工作主頻率在1.5GHz，最高可達2GHz。排查步驟如下。

1）縮小排查范圍，主機通過取得log，鎖定智能監測系統到娛樂主機回路信號異常，排除DVR到智能檢測系統，娛樂主機到大屏系統物理連接。

2）按硬件鏈路測試方法：測試智能監測系統、娛樂主機、特殊導線的高頻參數。特殊導線、智能監測系統高頻參數正常，娛樂主機插入損耗、回波損耗、特性阻抗異常。娛樂主機插入損耗異常（圖10）、回波損耗測試異常（圖11）處為：插入損耗在2GHz開始，非線性急劇變差（正常曲線比較平穩）；回波損耗在2～6GHz同樣也是非線性變差，小于要求大于8db的要求，特別是在3GHz以后接近0db（正常曲線比較平穩），相當于信號全部被反射回去。

3）通過主機工程師協同分析，鎖定板端插件與解碼器芯片PCB中存在2pF電容，去除電容，插入損耗（圖12）、回波損耗（圖13）性能明顯改善，主要是2～3GHz，插入損耗、回波損耗平穩，實車驗證故障解決。

5" 總結

多媒體顯示是一個系統問題，不僅涉及軟件，同時也涉及串解碼芯片、PCB板、板端連接器、線束連接器、線纜，任何一個環節異常都影響系統傳輸的穩定性，影響客戶的體驗。作為汽車設計工程師，面對不管是品質問題，還是前期設計問題，必須做到精準排查，快速鎖定根本原因，更重要的是，前期設計問題規避。

百年疫情、貿易摩擦疊加下，零部件斷供形式嚴峻，各大OEM都在積極推動零部件國產化，為此，我們更應該扎實這方面理論基礎，做到有效應對。

參考文獻：

[1] 王奇. 淺析影響汽車連接器端子導電性能的因素[J]. 汽車電器，2015（4）：49-50.

[2] 朱德康. Fakra同軸線纜在車載信號傳輸中的影響分析和應對[J]. 汽車電器，2020（11）：35-37.

（編輯" 楊" 景）