通道规范：GMSL合规的关键
作者：Tom Brady
在这篇文章中，我们将详细分析GMSL通道规范的基本组成部分，探讨您需要了解的关键设计考量，并提供实用指导以帮助您避开常见陷阱。无论您是首次设计支持GMSL的系统，还是要优化现有系统，本指南都将为您提供清晰的思路，让您能够自信地开展工作。
GMSL通道
为了正确理解GMSL通道，不妨从长度维度来看：键合线长几毫米，PCB走线长几厘米，两者仅占整个引脚到引脚通道的极小部分，其余则是长达数米的线缆。从串行器的引脚到解串器的引脚，通道中超过99.9%的部分不在我们的直接控制范围内。
图1：GMSL通道示例（IC已突出显示）
图2：通道规范中的GMSL通道定义
我们所能控制的，是产品保持稳健性能的边界范围，也就是我们能够容忍的损耗，即插入损耗和回波损耗。
插入损耗和回波损耗
这两项要求是决定GMSL系统所能使用的线缆长度的关键因素。插入损耗和回波损耗有多种解释方式，但为了方便记忆，我的诠释如下：
- 插入损耗：当元器件“插入”通道时损失的信号量。线缆通常是造成这种损耗的最主要原因，因为它是通道中最长的元件。
- 回波损耗：被反射后通过通道“返回”的信号量。这在较短通道（如短线缆或PCB走线）上更值得关注，因为反射能量衰减较少。
图3：插入损耗用S12和S21表示，回波损耗用S11和S22表示
物理线缆会耗散信号能量，因此不可避免地会产生插入损耗。任何阻抗不匹配都会导致回波损耗，而由于存在制造容差，因此回波损耗也是不可避免的。
GMSL系统中使用的线缆应在实施前进行测量和评估，以确保系统插入损耗不超过GMSL通道规范中的要求。线缆引起的插入损耗过大会导致GMSL信号劣化，超出解串器的信号接收能力。
回波损耗可能不那么明显，但其主要来源是连接器和PCB布线。线缆的制造工艺精良，阻抗符合要求，但PCB制造工艺和过多的连接器可能会增加多个阻抗不连续源。过多的回波损耗会导致GMSL收发器处反射的能量足以干扰发送和接收的信号。
开始设计之前，务必了解这些参数。使用矢量网络分析仪可以轻松准确地测量这些参数。GMSL2硬件设计和验证指南的末尾部分详细介绍了具体的测量程序。
我在EngineerZone上举办了一场在线研讨会，逐步讲解了一个线缆计算示例。
我们还有一些很棒的GMSL U视频，更深入地探讨了插入损耗和回波损耗主题。
串扰
此外，还有另外两项通道规范要求需要了解。GMSL2串扰规范对从高速链路（干扰源）和/或噪声源到GMSL2链路的寄生耦合允许范围作出了限制。
合理的布局规划和屏蔽良好的线缆有助于大大降低附近噪声源对GMSL信号的影响。主要干扰源是时钟源、电源噪声和辅助层上的走线。
我总是建议先布置GMSL走线，并在走线周围设置一些设计约束，以在布置电路板其余部分时作为提醒。如需进一步解释，可观看另一个GMSL U视频，其中详细讲解了串扰主题。
链路裕量
链路裕量规范非常重要，目的是确保链路有足够的预算来应对信号幅度波动。这是在插入损耗和回波损耗要求之上的额外要求，旨在保证链路的稳健性。
因此，即使设计方案符合静态插入损耗测量要求，我们也希望确保链路在信号波动时仍有裕量。
测量过程很简单，发射器（串行器）逐步降低发射幅度，接收器（解串器）检查是否发生任何类型的错误。一旦发生错误，就将当前发射幅度从起始幅度中减去，结果作为裕量返回。有关更多信息，请参考介绍链路裕量的GMSL U视频。
结论
以坚实的GMSL通道规范为基础，系统化地应对各种复杂情况。遵循我们介绍的指导原则，您将能够创建性能可靠的GMSL系统。成功的关键在于提前规划。
理论上，满足所有上述要求后，链路理应无差错运行，但实际情况并非总是如此。下个月，我们将开始研究信号链中可能出现的一些错误。
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