工业电子 | 什么是SerDes,为何工业和汽车应用需要它?

来源: 芯查查资讯 作者:程文智 2025-06-23 10:30:26

重点内容速览:

1.  什么是SerDes?

2.  ADI:私有协议的GMSL将向公有协议转变

3. TI:工业和汽车有两套SerDes解决方案

4. Microchip:推出通用协议SerDes芯片

5. 罗姆:主要针对汽车领域

6. 国产SerDes芯片产品及供应商

  

在当今高度互联的智能世界,数据的传输速度和可靠性变得前所有未有的重要。无论是自动驾驶汽车的环境感知传感器,还是智能工厂中机器人的实时控制,抑或是人形机器人的各个关节联动和灵巧手的实现等等,都离不开高速数据的可靠传输。这其中,SerDes(串行器/解串器)芯片就是实现高速数据可靠传输的关键器件,那么,你了解SerDes芯片吗?为何它在工业和汽车这两个严苛的应用领域中不可或缺?芯查查带您一探究竟。

什么是SerDes?

在高带宽应用中,数据通常是通过并行总线来进行传输的,但随着数据速率的提升,使用并行总线的问题也随之增多。比如,一是由于速度变快,功耗越来越高;二是由于定时容差的降低,信道数量的增加,布局难度越来越大;三是由于如今设计日益紧凑,板极空间显得格外珍贵,大型并行总线需要更大的PCB空间;此外,信号的完整性和EMI也是一个问题。

  
而高速串行通信不需要传时钟来同步数据流,没有时钟周期性沿变、频谱不会集中,线少噪声干扰也少。也就是说,如果将并行数据流转换成串行数据流进行传送,可以降低成本、功耗,以及板极空间。

图: 并行数据转换成串行数据(来源:TI)

将并行数据流转换成串行数据流就需要用到串行器(Serializer)和解串器(Deserializer),其中串行器的功能就是将并行数据流转换成频率更高的串行数据流;而解串器则用于将接收到的串行数据流转换回并行数据流。由于它们通常都是成对出现的,因此一般统称为SerDes。

近年来,随着工厂智能化,以及汽车电动化和智能化的发展趋势日益明显,SerDes技术也越来越受到重视,国际厂商们在更新其原有产品线,国内半导体厂商也纷纷进入该赛道。比如恩智浦以2.4亿美元收购Aviva Link公司;ADI提出了兼容以太网的GMSLE,以及宣布联合多家产业链企业成立OpenGMSL协会,将GMSL从专有协议转变为多供应商、全球可访问的标准;高通宣布24亿美元收购Alphawave,该公司拥有SerDes芯片及IP产品;国内的纳芯微在今年推出了车规级SerDes产品等等。

其实,目前的SerDes芯片主要有私有协议和公有协议两种,其中主流的解决方案是基于私有协议的,主要包括TI的FPD-Link与V3Link、ADI(收购Maxim后获得的技术)的GMSL、Inova Semiconductors的APIX,以及罗姆的Clockless Link等,其中TI与ADI两家加起来的份额就占了整个SerDes芯片市场的90%以上。公有协议阵营主要有三个,分别是ASA(Automotive SerDes Alliance)、MIPI的A-PHY,以及中国汽车标准委员会提出的HSMT。

基于ASA-ML协议,目前有四家半导体厂商推出了SerDes芯片产品,它们分别是Microchip、Aviva Link(已被恩智浦收购)、景略半导体、景芯豪通。

基于MIPI A-PHY协议,Valens、首传微、上海芯炽科技等已经有产品量产。

至于HSMT协议,国内的瑞发科、纳芯微、首传微都发布了新的SerDes产品。

ADI:私有协议的GMSL将向公有协议转变

千兆多媒体串行链路(Gigabit Multimedia Serial Link,GMSL)是一项由Maxim(2021年8月被ADI收购)于2008年推出的技术,当时下行链路速率最高可达3.125Gbps;2018年推出了第二代GMSL(称为GMSL2),传输速率高达6Gbps,支持全高清显示屏和分辨率高达800万像素的摄像头;2021年推出第三代GMSL,正向数据速率进一步提升至12Gbps,支持多摄像头聚合,显示器菊花链连接,以及通过单根线缆传输多个4K显示视频流等。

图: 使用GMSL通道的摄像头连接解决方案(来源:ADI)

据ADI的官网的介绍,GMSL可以使用同轴电缆供电(PoC),通过单根同轴电缆传输电力和数据。这意味着,ECU侧的电源可以通过同轴电缆传送,从而同时为远程摄像头,或传感器,以及认证器供电。最高支持12Gbps数据传输速率,支持同轴电缆和屏蔽双绞线,传输距离可达15m。

图:GMSL2与GMSL3参数对比(来源:ADI)

其主要产品型号包括MAX96792A、MAX96752、MAX96751等70多个型号可供工程师选择。

图:ADI的SerDes芯片型号在其官网显示有70个可供工程师选择(来源:ADI)

2025年2月底,IEEE的802.3dm会议上,ADI提出GMSLE和OpenGMSL,GMSL将从私有协议,走向公有协议,这中间最主要的驱动力就来自Zone全以太网架构。
据悉,截至2024年底,GMLS为代表的摄像头解串行芯片出货量超过11亿片,是ADI最有竞争力的产品之一。
 

ADI 认为,GMSL 的非对称性和高效性使 OpenGMSL 更适合下一代架构中的高速单向数据流。该协会还计划对该标准进行未来修订,以跟上日益增长的 ADAS 复杂性和边缘 AI 集成。例如,目前的开发工作包括在边缘嵌入神经网络处理器,以减少对中央计算系统的依赖。
此外,机器视觉、工业自动化、医疗影像、机器人,特别是人形机器人的关节和灵巧手等环节也是GMSL发挥其特长的应用场景。

TI:工业和汽车有两套SerDes解决方案

TI的产品广泛应用于工业、汽车、个人电子、通信设备等市场,其在接口和高速数据传输技术方面拥有丰富的经验。在SerDes芯片解决方案方面,TI在工业领域主要提供V3Link系列SerDes产品;在汽车领域主要提供FPD-Link系列SerDes产品。其中,V3Link系列是TI专为工业成像系统而设计的。

  
V3Link系列产品具有高集成度,可通过单根电缆同时传输原始未压缩的视频、数据和功率,简化系统设计和布线;且兼容多个接口,与与MIPI CSI-2、并行接口、HDMI、DSI、OpenLDI、RGB、DVI、eDP/DP等多种业界通用传感器和显示接口兼容;具有可靠的信号完整性,即使在恶劣条件下,也能确保数据完好无损地传输,最远可达15m;同时,支持同步多个摄像头在系统中实现AI和高性能处理。

  
而FPD-Link系列产品则具有高速数据传输,支持高分辨率视频和数据传输,满足车载和工业应用的高带宽需求;低功耗,可优化设计以降低功耗,适用于对能效有要求的应用;具有高可靠性,比如出色的EMC性能和宽温度范围工作能力等。

Microchip:推出通用协议SerDes芯片

Microchip在2024年4月收购了一家韩国SerDes产品公司VSI,通过收购该公司,Microchip推出了基于ASA-ML通用协议的SerDes芯片单端口的VS775S和多端口的VS776系列芯片。

图:Microchip的SerDes芯片产品(来源:Microchip)

而且,在2025年1月的CES展会上,Microchip展示了其ASA方案,该方案使用了ASA-ML在分区架构中聚合了多个摄像头,以实现高度灵活和模块化的IVN设计。其中摄像头主要采用VS775S单端口ASA-ML串行器,分区集线器采用了VS776Q四集线器ASA-ML解决方案,ECU则使用了VS775S ASA-ML解串器。

罗姆:主要针对汽车领域

罗姆的SerDes芯片主要针对汽车领域,其主要SerDes产品有BU18xMxx-C系列,包括串行器BU18TM41-C和解串器BU18RM41-C,以及四通道解串器BU18RM84-C等。

罗姆的SerDes芯片采用的是其私有协议Clockless Link,最高传输速率为3.6Gbps,支持STP、Coax、PoC等通信电缆,因此可以适用于各种ADAS摄像头系统。

国产SerDes芯片产品及供应商

除了这些国际厂商,国内半导体芯片厂商在近几年也纷纷进入SerDes领域,并且它们主要针对的是汽车领域。比如慷智、仁芯科技、龙迅半导体等均推出了其私有协议的SerDes芯片。

  
慷智集成电路(上海)有限公司(AIM)由多位硅谷资深芯片专家于2017年创立于上海,推出了其自主研发的Automotive High Definition Link(AHDL)协议SerDes芯片系列AIM935/905M高清车载视频传输SerDes芯片,通过了ISO26262功能安全ASIL-B等级认证,满足车规级可靠性要求,支持8M像素摄像头及15米长距离传输。产品可应用于ADAS、车载摄像头、智能座舱等领域。

仁芯科技2022年2月在南京成立。2024年4月中北京国际汽车展览会上推出了其首颗16Gbps速率的车载SerDes芯片R-LinC,该芯片采用了22nm工艺,正向速率支持16Gbps~1.6Gbps,反向通道支持200M/100M;串行器实现了双MIPI聚合,解串器实现6路聚合,最多支持12路800万像素高清摄像头;支持I2C、UART、SPI、GPIO等多类型接口,且获得了ISO 26262最新的ASIL B Ready功能安全认证。

  
上市公司龙迅半导体也推出了其私有协议SerDes芯片产品,包括串行器产品LT933MT和解串器产品LT934MT。

  
除了私有协议的SerDes芯片,也有国产厂商开始推出基于通用协议的产品,比如景略半导体、首传微、上海芯炽科技、瑞发科、纳芯微等。

  
景略半导体于2009年在上海成立,是国内车载以太网芯片及车载高速网络全栈解决方案商。2024年,景略半导体推出了ASA-ML协议SerDes芯片JL7611、JL7622和JL7642。

 

首传微在2025年上海车展期间推出了全球首款支持HSMT和A-PHY双协议标准的车载SerDes芯片VL77XX系列,该系列芯片采用了PAM4调制技术,支持 2/4/8Gbps 数据速率,能够兼容同轴电缆、屏蔽双绞线和单对线等多种传输介质,接口支持 CSI-2 输出,可灵活配置为 4+4、4+2、2+2 通道,每通道速率高达5.7Gbps。据该公司官网介绍,VL77XX与Valens VA7000系列成功完成了互操作性测试。

  
纳芯微在今年4月份也推出了加串器芯片NLS9116支持4路MIPI D-PHY输入(每路2.5Gbps),单路HSMT输出,最大速率可达6.4Gbps;满足ASIL-B功能安全设计;支持反向100Mbps时钟生成,可为传感器提供参考时钟,从而降低摄像头的BOM成本与PCB布板难度;支持正向6.4Gbps展频以降低EMI设计复杂度;而且符合AEC-Q100 Grade 2 标准(-40℃至 105℃温度范围),封装采用TQFN-32。

  
以及解串器芯片NLS9246则支持4路HSMT 6.4Gbps输入,具有2个独立的4通道CSI-2数据流,内置了4个CSI控制器,支持灵活的视频路由与复制;每路SerDes都集成了眼图监测功能,无需高速示波器即可评估传输质量;支持TDR时域反射技术(通过 100Mbps 反向链路检测线缆开路/短路及故障位置);此外,还支持反向展频降低EMI;且符合 AEC-Q100 Grade 2 标准,封装形式为TQFN-64。

图:纳芯微推出的SerDes芯片产品(来源:纳芯微)

纳芯微预计HSMT协议未来会向更高速率方向演进,因为汽车上屏幕的分辨率会越来越高,摄像头的分辨率也越来越高,因此,纳芯微也同时在布局12.8Gbps(PAM4)产品的研发,预计明年会推出。未来将覆盖从低速到高速、摄像头到显示屏的全场景,满足不同车型需求,而不仅仅局限于中低端车型。

 结语

当前工业级SerDes市场正处于快速发展阶段,其重要性不言而喻。它不仅解决了传统接口在高速、长距离、复杂电磁环境下数据传输的瓶颈,更通过高可靠性、鲁棒性和EMC性能,确保了工业系统的稳定运行。未来,工业级SerDes将继续朝更高传输速率、更强抗干扰性、更高级程度、更低功耗方向发展。

  

值得一提的是,随着国内企业在技术研发上的持续投入和产品性能的不断提升,国产SerDes有望在工业和汽车领域实现从“可用”到“好用”的跨越。

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