搜尋結果

如今的車輛越來越多地被稱為「會跑的智慧手機」或「行動的數據中心」，這種比喻並不令人感到訝異，無論使用何種比喻，毫無疑問現今的汽車所具備的各種先進功能與昔日的汽車有著很大不同，如同智慧型手機嵌入了汽車當中。 消費者在汽車中可能會看到行動通訊技術的應用，這些應用體現在「可見」的功能上，例如，高解析度的前置儀表板面板 (Cluster Display) 與倒車攝影機相連，具備GPS導航功能的娛樂系統顯示器，以及多種無線連接方式包含藍牙、Wi-Fi和4G/5G基地台 (Cell) 連接等，這種功能可以透過圖 1 來想像，其中許多「類似智慧手機」的子系統可以分佈在汽車周圍實現。 然而，在先進駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛系統（ADS）的先進電子裝置中，更大程度的融合是在幕後發生的，這些系統依賴連接和介面的方式實現整體運作，就像在過去十年中智慧手機的技術整合不斷快速發展一樣。 此文將介紹MIPI規範在當今汽車領域中有線連接界面的應用，這些規範在很大程度上受益於MIPI在智慧手機生態系統上的影響力，並且介紹了針對汽車應用正在開發的新增強和規範，特別是，將詳細介紹即將推出的MIPI A-PHY物理層規範，該規範將為連接整個車輛中的最高速度的電子元件提供一個 "遠距離、高速挑戰" 的解決方案；MIPI於2017年啟動了A-PHY的開發，目的在於推動汽車領域中，多個專有遠距離界面朝向一個標準的融合，並對未來擁有強大的藍圖展望。 變革中的產業 汽車產業正受到幾個全球趨勢的改變，包括對電動車的日益接受、車輛自動化程度的增加、更嚴格的安全和燃油經濟標準，以及車輛共享等新的所有權模式。 這些趨勢通常要求汽車變得更為智慧化、連接性更強、更自動化，這表示需要整合更多的電子裝置，隨著汽車在圖2所示的美國汽車工程師學會（SAE）的自動駕駛級別中不斷進步，它們將依靠越來越精密的傳感器電子裝置和處理器來實現，並透過高速連接技術相互連接。 推動自動化的傳感器可以分為四種特定類型，每種類型以極高速率產生資料：光學攝影機以每秒12 Gbps及更高速率、無線射頻雷達以每秒5 Gbps速率、雷射光雷達傳感器以每秒1至2 Gbps速率，以及超聲波傳感器以每秒25至150 Mbps速率，每個傳感器的資料透過高速介面（通常是專用介面）傳送至一個或多個「中央」處理器或電子控制單元（ECU）。 汽車中的關鍵傳感器是光學攝影機，它借鑒了為智慧手機市場所開發的數十億個攝影機所使用的技術，從汽車攝影機的市場情況來看，可以看到它在通往自駕車實現的早期階段呈現出爆炸性增長，如圖3所示，研究預測到2023年，汽車攝影機市場的年收入將達到75億美元，2018年至2023年的年復合增長率為24.3％，進一步展望，預計到2026年，所有ADAS技術的年收入將超過650億美元。 對於每輛汽車上的攝影機數量的估算差異很大，如圖4所示，但每年數億個攝影機的生產量，讓人聯想到智慧手機的大規模生產，目前的估計是在不久的將來每輛車上會配備8至12個攝影機。 在這個快速發展的領域中，目前汽車界面仍廣泛應用LIN與CAN等較為低速的模式（主要是控制上的應用），然而汽車製造商和供應商在攝影機和ECU之間的高速界面上，還沒有明確的標準化解決方案，而是各自發展專屬的解決方案。 雖然這些解決方案本身可能採用了優秀的技術，但眾多競爭的解決方案在市場上造成了混亂，缺乏單一標準限制了規模經濟效益的實現；在2015年中期，MIPI聯盟確定了統一的車用連接規範的需求，以滿足汽車產業對高速、低延遲、功能安全、輕量化、低功耗、和所需的規模經濟效益的需求；從那時起，MIPI一直與汽車原始裝置製造商合作，定義需求並了解雜訊通道所面臨的挑戰，在過去的兩年中，MIPI已經制定了幾個增量版本的汽車需求文件（ARD）。 統一行動裝置產業 在實現自動駕駛的路上，汽車電子的前景與2000年代初期的行動產業前景相似；MIPI聯盟於2003年由ARM、Nokia、STMicroelectronics和德州儀器等公司，在手機市場的關鍵時刻成立，當時手機市場正處於關鍵時期，智慧多媒體手機的需求迅速增長，但關鍵介面技術的分散，妨礙了產品設計和開發的進展；聯盟在成立的第一年迎來了Intel、Motorola、Samsung和Philips等公司的加入，並推出了一系列規範，解決了手機設計中一個重要難題——如何將攝影機與中央應用處理器連接起來；隨後，MIPI迅速確定了將應用處理器與高解析度顯示器和早期的3G蜂巢式調變解調器相連接的目標。 正是這項工作推動了行動裝置的有線介面標準化，在初期為攝影機、顯示器和調變解調器的連接性，發展出介面規範之後，MIPI聯盟推出了一系列其他裝置的基本需求規範，例如音訊和電源管理的介面。 MIPI聯盟現已進入第16年，已開發了約50個規範，涵蓋了行動裝置中各種介面應用的完整範圍，這些規範包括：連接應用處理器、調變解調器 (modem)、攝影機、顯示器、音訊、儲存、感應器、天線、天線調諧器 (antenna tuner)、功率放大器、濾波器、開關、電池等元件的介面，這些標準化規範幫助元件供應商實現互通性，簡化裝置設計、降低成本，同時優化性能和功耗，這讓製造商能夠專注於產品差異化，縮短上市時間。 因此，如今所有主要的晶片供應商和智慧手機製造商都使用MIPI聯盟的規範，市場上的每一款智慧手機也都使用了許多不同的MIPI聯盟規範，聯盟本身擁有300多個會員公司，涵蓋了行動和行動影響之生態系統的廣度，包括：手機製造商（OEM）、半導體公司、IP供應商、測試儀器公司、攝影機和顯示模組供應商、感應器供應商，以及最近加入的汽車OEM和Tier 1供應商。 多年來，MIPI的規範已經在越來越廣泛的裝置中被使用，超越了手機領域，包括：穿戴式裝置、醫療裝置、無人機、工業裝置、和車輛等領域，這種趨勢被稱為「行動科技普及化 (mobile-influenced)」。 生態系統日益壯大的證明，為目前超過45%的MIPI公司會員報告稱他們參與物聯網領域，而近40%的公司則致力於汽車引擎/控制/先進駕駛輔助系統（ADAS）應用；此外，還有45%的公司參與汽車娛樂資訊系統的應用。 MIPI規範之所以被廣泛接受，是因為MIPI介面技術規範在行動環境中提供四個重要支柱： 高效能： MIPI規範提供高速且低延遲的介面，能夠實現攝影機與應用處理器等元件之間的快速傳輸；當系統設計師使用MIPI介面規範時，不需要擔心這些介面會成為性能瓶頸，影響使用者體驗。 低功耗： MIPI規範設計具有高能源效率，這對於提供消費者在智慧手機和穿戴式裝置對於長久電池壽命的需求至關重要；例如，低功耗的承諾是物聯網裝置的關鍵，這些裝置依賴電池運行多年，甚至在某些情況下可達十年以上。 低電磁干擾（EMI）： 裝置越小，元件之間的間距越小，這表示EMI的風險更高，可能影響裝置的性能和可靠性，MIPI介面規範透過多種因素減少EMI，包括在高速PHY上低電壓擺幅 (swing)，以及關鍵性地支援這些介面上的斜率 (slew rate) 控制，使OEM廠商能夠在最終裝置中靈活調整EMI配置。 低Pin數： 每根導線傳輸的高性能傳輸，使得生態系統中的晶片、裝置、和模組製造商能夠最小化Pin數，從而減少晶片間的互連和印刷電路板（PCB）上的連線，這種簡化結構也能降低製造成本，從而擴大裝置的潛在市場，特別是在高度價格敏感的物聯網領域。 當然，MIPI規範的最大優勢在於其成功標準化，在一個充滿相容性的生態系統中發展起來，並且具有向後相容性和業界廣泛的採用，同時也有未來藍圖的支援；此外，在特定的應用領域內，MIPI協定依據分層結構組織，例如，一個協定可能位於物理層介面的上方，然後在協定之上有一組命令集，再加上軟體和一系列除錯工具，MIPI的實現減少了設計的複雜性和成本，簡化了整合流程，加快了上市速度。圖5顯示了MIPI攝影機和顯示應用堆疊的分層結構，其中CSI-2和DSI-2介面協定在D-PHY和/或C-PHY物理層上運行；在協定層之上是攝影機（CCSSM）和顯示器（DCSSM）的命令集；MIPI I3C介面則用作攝影機控制介面。 MIPI在汽車領域中已實現的部分 在本節以及表1中做了些總結，描述了一些關鍵的MIPI介面規範，這些規範正在從智慧手機生態系統中重新使用到汽車領域。 有鑒於MIPI聯盟最初針對智慧手機和平板等等相對小型裝置所開發的規範，換句話說這些介面是「短程」的，並非為了跨越整輛車的長度而設計，但新MIPI A-PHY規範是個例外；如圖1所指出的，這些發展將直接應用於汽車的模組化的子系統中，使它們更有價值；專用的物理層（PHY），包括A-PHY，可支援這些較長的距離，並使用現有的行動協定，如CSI-2和DSI-2。 MIPI 聯盟中的測試方案提供商 Protocol Insight 在協議層方案具有領導地位，目前也針對 MIPI A-PHY 提出測試設備；Protocol Insight 自 2014 以來持續提供 MIPI M-PHY、UniPro 與 UFS 測試與驗證方案，今年(2023) 七月也宣布推出 Marlin A-200 協定分析與封包產生器，可以支援 MIPI A-PHY 的 Sink 與 Source 連接，包括上行和下行流量和封包分析統計；Marlin的封包產生器（Exerciser）具有生成流量和封包的功能，可以模擬各種 MIPI A-PHY Source 和 Sink 的行為，符合開發人員在先期產品開發和符合性驗證期間的測試工具。Marlin A200 還包括錯誤注入 (Error Injection) 功能，可以模擬接收端 (Rx) 或發射端 (Tx) 的各種情境。如同之前的 UniPro 和 UFS 官方符合性測試工具一樣，Marlin A200 將根據 MIPI A-PHY CTS 規範作為官方測試和驗證工具發布。 MIPI CSI-2：攝影機、光達 (Lidar) 和雷達介面 自2005年推出以來，MIPI CSI-2在多個產業中變得無所不在；在汽車領域，它已被廣泛採用作攝影機的介面，並在光達和雷達感應器子系統中得到越來越多的應用，借助高頻寬的D-PHY和C-PHY物理層的支援，以及正在開發中的A-PHY物理層的支援，CSI-2支援各種應用、解析度、訊框率、色彩深度和高動態範圍功能，並具有靈活Pin數的PHY配置。 CSI-2支援整輛車周圍的影像感應器，包括：前方用於偵測行人和其他車輛，以及側面用於在駕駛偏離車道時發出警報，其對RAW20-pixel格式的支援，確保在照明突然和劇烈變化的情況下，例如：車輛從昏暗的隧道開出到陽光明亮的地方，能夠捕捉到極細微的影像細節。 根據第6圖所示，現今的汽車可能使用超過十多個不同的攝影機，以及雷達和光達傳感器，所有這些都使用原生的CSI-2介面，除了後方的備用攝影機外，車輛的每一側還可能安裝一個攝影機，以增強並最終取代後照鏡，用於盲點偵測和車道保持輔助；為了實現自動緊急制動或自適應巡航控制，車輛前方可能還配置了更多攝影機；另一個攝影機密集應用是自動停車，目前的車輛可能需要多達六個攝影機。 圖7顯示了不同類型汽車傳感器的各種優勢，為了確保可靠性，需要多種類型的傳感器，而且通常需要將傳感器放置在一起，以涵蓋高速行駛、停車、靜止安全、和碰撞避免的不同範圍和速度。 除了每個攝影機使用的CSI-2介面外，雷達、光達和其他傳感器系統，還可能需要額外的CSI-2介面，隨著車輛自動化逐漸發展為第5級的自動駕駛能力，CSI-2傳感器的數量可能會大幅增加。 CSI-2 協定運行於下列所述的 D-PHY/C-PHY 物理層介面上，已確立的 CSI-2 v2.1 規範不斷演進，以支援更高性能的攝影機，具體而言，它支援解析度達到 40 百萬像素以上的攝影機，超過 4K/120fps 和 8K/30fps 的影音捕捉，並引入 RAW20 色深格式，以支援嵌入式系統攝影機和自駕車等先進視覺功能；CSI-2 v2.1 還支援使用增強差分脈衝編碼調變 (DPCM) 進行資料壓縮，同時保留邊緣檢測，適用於低光環境中的功能，例如：道路標誌檢測，最近發佈的 CSI-2 v3.0（2019 年 9 月）CSI-2 規範已經包含了汽車應用的特定功能，包括以下內容： 統一串列連接 (USL) 具嵌入式控制訊號，無需額外使用 I²C 控制和 GPIO 線路。 CSI-2 over C-PHY v2.0 影像通道，使用3條傳輸線路，在MIPI標準通道上提供高達41.1 Gbps的傳輸速率。 CSI-2 over D-PHY v2.1 影像通道，使用4條傳輸線路，在MIPI標準通道上提供高達18 Gbps的傳輸速率。 支援RAW20色深格式。 透過偽隨機二元序列 (PRBS) 亂序碼 (scrambling)，減輕介面功率譜密度的排放，以避免對車內敏感無線電裝置產生無線頻率干擾。 智慧感興趣區域（Smart Region of Interest，縮寫為SROI），使得個別感應器模組能夠在自行識別物體，而無需將資料傳送至電腦控制單元（ECU）。 如今，CSI-2協定支援ADAS（先進駕駛輔助系統）中用於後視和全景輔助、碰撞減緩、和防護系統 (avoidance system) 等的汽車攝影機的高速資料傳輸，汽車系統單晶片（SoC）普遍支援CSI-2介面，以接收車輛周圍的多個攝影機傳輸的影像資料，預計車輛上的攝影機和感應器數量將迅速增加。 展望未來，預計於2020年初發布的MIPI CSI-2 v4.0將新增以下關鍵的安全功能和安全性特性： 功能安全性： 滿足ISO-26262-2018標準的要求，符合從ASIL-B到ASIL-D（汽車安全完整性等級）的規格。 影像安全性： 在攝影機和ECU之間實現端到端的資料保護，確保影像資料的安全性。 超低功耗常時監控通道（AOSC, Ultra-Low-Power Always-On Sentinel Conduit）： 應用於廣泛的機器感知應用，提供超低功耗的常時監控功能。 使用A-PHY進行長距離傳輸的離散和整合解決方案，可應用於多種場景中。 CSI-2 v4.0還將實現先進的、整合了人工智慧的視覺能力，使自動駕駛和半自動駕駛車輛變得安全且實用，例如：內部攝影機用於檢測昏昏欲睡、或不專心的駕駛員是CSI-2的另一種潛在應用。 這項技術將使車輛具備進階的視覺能力，並依靠人工智慧的演算法，來檢測駕駛員的疲勞或注意力不集中情況；這將有助於提高駕駛安全性，並為自動駕駛系統提供更多的智慧功能，CSI-2 v4.0的引入將為自動駕駛技術的發展帶來更大的潛力，使得自動駕駛和半自動駕駛成為現實。 MIPI DSI-2：顯示序列介面 DSI介面最初於2000年代中期開發，後來升級為DSI-2，主要提供智慧手機顯示器的高解析度、高訊框、和低功耗服務。如今，DSI-2規範成為一種顯示協定，可使用D-PHY或C-PHY，提供現代行動裝置、IT或物聯網顯示器每秒超過6千萬像素的未壓縮影像內容；隨著顯示器附載增加，DSI-2透過增加底層物理層的原始頻寬、引入數位影像壓縮技術，以及優化協定效能的方式來提升傳輸能力，這些方法能夠消除視訊空白期，並輕鬆支援多個顯示器的串聯。 近年來，汽車顯示器的實體尺寸、需求和數量都大幅增加，現今汽車前方的儀表板上可能有延伸至整個區域的顯示器，以及尺寸超過18英寸的大型中央控制台顯示器，對於擴展式面板，顯示分辨率會根據儀表板的尺寸進行調整，為了確保高視覺品質、經濟性和可維修性，一輛汽車前方可能配置四個或更多的顯示器，每個顯示器的解析度可能介於1280像素至4000像素之間；儀表板還可能包含多個較小的顯示器，每個顯示器都具有特定的用途，例如：速度表、里程表、溫度計、或車輛操作和警示燈，在使用DSI-2時，控制面板的製造商可以透過將不同尺寸、不同像素時序的不同顯示器，以串連方式連接到一組汽車連接線上，從而實現設計的彈性；DSI-2在最初設計時引入了顯示命令模式，解決了這個挑戰，使用命令模式協定，控制台中的每個命令模式顯示器都會根據其自身的更新頻率接收定時的資料封包。 隨著汽車顯示器越來越能隨著汽車的形狀而改變，它們可能不再遵循傳統的消費電子產品形式，DSI-2在客製化行動裝置的市場上已成功運行許久，因此非常適合做為不同尺寸和解析度的特殊顯示器介面。 DSI-2在資料承載能力上採用了VESA VDC-M或VESA DSC標準，透過視覺無損影像壓縮技術，實現了未來的可擴展性；這些編解碼器能將顯示內容壓縮多達六倍，提供OEM廠商更佳的高畫質選擇，相較於子採樣 (sub-sampling) 技術或降低訊框率，對於A-PHY的DSI-2，計劃中將支持無壓縮和壓縮兩種資料負載。 DSI-2協定以其內建的非對稱、半雙工的D-PHY和C-PHY低功耗休眠模式 (escape mode)，提高了Pin使用效率，DSI-2可以透過內部通道在上行通訊中傳輸，顯示品質、狀態、資料完整性以及其他相關訊息，而無需額外的輔助通道（side band）；在汽車領域，DSI-2的上行通訊功能仍然非常重要，同時，汽車顯示器也能利用DSI-2的特點，支援多個較小的螢幕顯示器在儀表盤控制台上進行拼接。 汽車顯示器具有獨特的需求，並利用了在智慧手機中沒有的DSI-2功能，包括安全功能、用於安全應用的額外連接完整性和HDCP內容保護，特別是，由於主要的內容製作商通常只允許在「標準介面」上流動的內容在「內容受保護」的情況下才能被使用者存取，因此在A-PHY連接中實現內容保護成為對消費者重要的功能，若標準連接器上沒有內容保護功能，汽車維修或升級將變得更加昂貴或不可能進行。 資訊娛樂顯示器通常安裝在後座上，用於提供行程資訊或影音娛樂，這些顯示器能夠播放與音頻同步的視訊，可以透過車載揚聲器控制台、或耳機連接進行音頻輸出；MIPI聯盟提供了多種附帶音頻介面的選項，例如：SoundWire或SoundWire I3S，這些介面可以與DSI-2協定一同使用，實現音頻與視訊的同步傳輸。 MIPI聯盟進一步開發了MIPI觸控框架，以滿足資訊娛樂和中控顯示器所需的觸控功能，透過使用MIPI觸控協定和在I3C副頻通道中定義的命令，本地主機處理器可以與接收到的觸控提示同步更新顯示內容，這樣，觸控操作與顯示更新可以實現實現高度的互動性和協調性。 MIPI D-PHY和C-PHY：CSI-2和DSI-2的短距離物理介面 MIPI聯盟為CSI-2攝影機和DSI-2顯示器的短距離連接，開發了兩種物理層（PHY）：MIPI D-PHY和C-PHY。 MIPI D-PHY是以差分訊號(differential)技術為基礎，經過優化以支援低功耗的CSI-2和DSI-2協定，它通常配置為四條資料通道和一條時脈轉發通道，共計十條線的介面傳輸埠，D-PHY具有時脈轉發同步鏈路、高抗干擾性、和抖動容忍性等關鍵特性，並且能夠在高速和低功耗模式之間快速切換；根據MIPI的標準通道定義，D-PHY v2.1介面每條通道支援最高4.5 Gbps的傳輸速率，使用四條通道（十條線）的介面端口時可達到18 Gbps的傳輸速率。 MIPI C-PHY是在D-PHY之後推出的介面，採用內嵌時脈的三線差分訊號傳輸方式，每條三線通道可以傳輸2.28位元資料，每個端口總共有九條線，它使用多位元符號（symbol）編碼，進一步降低了符號速率（symbol rate），從而提供了更高的性能，能夠應對頻寬受限的通道；通常情況下，一個攝影機或一個顯示器連接到九條線的介面端口，而現代智慧手機可能支援五個攝影機和兩個顯示器，在MIPI的「標準通道」定義中，C-PHY v2.0介面每條通道支援每秒最高6 Gsps的傳輸速率，每個符號2.28位元（每條通道13.7 Gbps），或者在三條通道（九條線）的介面端口下達到41.1 Gbps的傳輸速率。 D-PHY和C-PHY介面在圖9中以CSI-2攝影機的使用案例中呈現，其中攝影機中的發射器將CSI-2格式的資料傳送到主機應用處理器中的接收器。 D-PHY和C-PHY的選擇取決於晶片供應商、模組供應商和/或原始裝置製造商。對於需要嵌入時脈PHY或較低符號速率 (symbol rate) 的應用來說，C-PHY是最適合的選擇；而對於傳統且較簡單的時脈轉發 (clock-forwarding) 架構，則D-PHY是最合適的；這些PHY的設計允許它們在雙模式的PHY中，具有Pin相容性，從而提供了最大的設計靈活性。 多年來，MIPI根據智慧手機的相機和顯示器的歷史資料，針對D-PHY/C-PHY的發展進行了優化，以滿足相機和顯示器負載的不斷演進的需求；在2017年，MIPI收集了自2003年成立以來的資料，並將其應用於2020年的相機和顯示器規範，包括首次應用於汽車領域，圖10展示了這些歷史資料。 這些資料顯示了一個趨勢，即顯示器的資料負載每5年增長約10倍，相機的資料負載則每5年增長約5倍；在2017年，典型的高階智慧手機顯示器支援「4K60」的性能，這是依據3840x2160像素解析度 x 30 bpp (每像素位元數) x 60 fps (每秒幀數)的參數來衡量的，因此需要一個15 Gbps的介面頻寬；當時預測到2020年的顯示器將需要提升到「10K120」，其介面頻寬需支援約93 Gbps，主要受到AR/VR應用場景的影響，每個眼睛都有一個顯示器貼近使用者的臉部 (例如：使用者將戴上一副眼鏡或頭戴裝置)，這樣的設計可以提供更真實、沉浸式的視覺體驗，使使用者能夠感受到立體的視覺效果。圖10還列出了相機的使用案例，其介面頻寬約為顯示器的一半，它還呈現了當時對A-PHY預期的第一代長距離介面頻寬為20 Gbps，該項決策最終確定將A-PHY v1.0的介面頻寬設定為16 Gbps。 在智慧手機中，D-PHY和C-PHY的短程傳輸距離通常不超過約15公分，且以最高效能的資料傳輸速率為限；在汽車模組或子系統的局部區域內，例如：攝影機或顯示器模組，這些介面可以輕鬆實現；然而，當需要長距離連接，如：長達數米範圍內的CSI-2/DSI-2連接，例如：不同系統之間的連接時，系統整合商通常需要使用「橋接解決方案」或「橋接器」，將D-PHY/C-PHY的訊號轉換成適合長距離傳輸的物理層介面，這些解決方案通常使用低壓差分信號（LVDS, low-voltage differential signaling）技術，下圖顯示了這些橋接解決方案的應用情境，雖然圖中呈現了個別的橋接功能，但實際上很多橋接功能都整合在一個晶片中，例如：雙重和四重橋接集線器。 這些橋接方案能夠實現長距離連接，但市場上存在多種不同且不相容的解決方案，這對於整個生態系統造成了混亂，特別是對於必須與多個攝影機和顯示器供應商合作的原始裝置製造商（OEM）來說，這增加了選擇LVDS供應商之間的相容性配對上的困難，因此，需要一個統一的長距離標準；出於這個原因，MIPI聯盟開始制定長距離A-PHY規範，主要為CSI-2和DSI-2協定提供單一且可擴展的解決方案，以實現長距離連接能力。 最近的D-PHY和C-PHY規範版本，雖然通常被描述為"短距離"，即智能手機和平板電腦的"15 cm"的範圍內，但它們已經在1米及以上開發出了較長的傳輸距離，傳輸速度隨著距離的增加而降低，這些較長的傳輸距離主要適用於那些需要超過"15 cm"的物聯網應用，而像汽車等需要10至15米傳輸距離的應用則可以使用A-PHY協定來滿足需求。 MIPI I3C: 下一個世代的控制匯流排 MIPI I3C是在數十年來廣泛使用的I²C介面基礎上進行改進，以提升性能、節能、和減少Pin數的目標，同時也力求在可能的情況下取代SPI和UART介面；雖然最初的目標是作為智能手機中眾多傳感器的介面，但I3C逐漸擴展了其功能，成為通用的低速控制匯流排或訊息介面，隨著時間的推移，I3C在其他市場，包括汽車市場上也廣泛應用，下文將進一步討論詳細內容。 根據表2所示，I3C保持與傳統的兩線多點I²C介面的相容性，同時增加了新的功能，包括：內部 (in-band)中斷、內部命令代碼、動態位址分配，以及對多類裝置（包括主控和次級主控）的支援。 I3C使用類似I²C的介面，其中包含一條開漏 (open-drain) 資料線（SDA）和一條推拉時脈線（SCL），開漏的SDA線允許從裝置控制介面，以觸發內部中斷，而推拉的SCL線則由主裝置驅動，以時脈方式對通訊匯流排進行時序控制，頻率可達12.5 MHz，裝置能夠在SDA線上向控制主裝置發出中斷訊號，而無需像I²C和SPI介面那樣使用專用的訊號線，這一點非常重要，它節省了大量的Pin成本，並減少了各種介面、PCB和連接器的複雜度。 Binho 亦提供 I3C 通訊協定分析儀，支援最新 MIPI I3C Basic V1.1.1 版本，為韌體開發與嵌入式系統測試的解決方案。 MIPI I3C主機可以動態為所有MIPI I3C裝置分配7位元位址，同時支援遺留的I²C裝置的靜態地址，確保完全向後相容I²C。 在操作上，已經定義了一組常用的命令碼（CCCs）用於最常用的操作，例如：啟用和禁用事件、管理MIPI I3C特定功能（包括動態地址和時序控制）等，這些CCC可以廣播（發送給所有裝置）、或直接指向匯流排上的特定裝置。 I3C介面在功耗性能方面帶來了重大改進，並相比於I²C提供了一個量級以上的速度提升，它提供了四種資料傳輸模式，在最大基本時脈頻率12.5 MHz下，基本SDR（標準資料速率）默認模式的原始位元速率為12.5 Mbps，HDR（高資料速率）模式分別為25 Mbps、27.5 Mbps和39.5 Mbps；在每種模式下，除傳輸控制位元組外，實際資料速率分別為11.1 Mbps、20 Mbps、23.5 Mbps和33.3 Mbps，這些速率由I3C的基本錯誤檢測機制保護；圖12顯示了MIPI I3C各種模式的每位元能耗與I²C（左側）的對比，以及每種模式的原始位元速率（右側），證明MIPI I3C即使在與I²C兼容的模式下也是一種更節能的介面。 在智慧手機中，許多感應器周邊，如：加速度計、陀螺儀、磁力計、接近感應器、環境光感應器等，都與中央應用處理器相連；在汽車領域，感應器的種類更加多樣，包括：引擎轉速、壓力、溫度、座椅和窗戶控制等。 汽車中的感應器通常被廣泛分佈，如：壓力感應器、氣流感應器、溫度感應器、和碰撞檢測感應器等，這些感應器需要進行遠距離連接，使用數位感應器介面SENT和PSI5；其他一些感應器通常集中在模組內部，可能包含數個至數十個感應器連接，目前，這些感應器可能通過SPI或I2C等介面在模組內部連接；MIPI I3C提供了更高的性能、更低的延遲、更低的能耗、和更靈活的多點連接配置，因此在汽車領域像智慧手機一樣受到高度重視。 圖13 為一個模組化架構的範例，其中物理感應器和一組從設備控制器單元（ECU）連接的從設備位於同一位置，該架構充分利用MIPI I3C在汽車模組中的做法，實現了簡化的設計。 在此架構中，MIPI I3C是模組內部感應器與裝置控制器單元（ECU）中的從設備之間，既可靠且低成本的連接介面，對於需要比MIPI I3C更高速率的汽車應用（例如影像），MIPI I3C可用於感應器的控制和管理，較快的MIPI CSI-2介面可通過D-PHY/C-PHY在短距離、或A-PHY在長距離上傳輸高速資料，在這種情況下，這兩個MIPI介面協同工作，提供可靠且良好管理的攝像頭和控制功能。 MIPI RFFE：連接射頻前端 MIPI RFFE是智慧手機射頻前端模組（FEM）、或子系統的專用控制介面，射頻前端包含功率放大器、天線調諧器 (tuner)、濾波器、低雜訊放大器（LNA）和開關，這些元件連接到調變基頻、和/或射頻整合電路（RFIC）發射接收器；RFFE控制介面取代了以前世代的專有介面，這些介面功能較弱（通常是點對點的），用於連接射頻前端元件，從而簡化了設計、配置、和整合日益複雜的射頻前端，這些前端包含多個射頻頻段和頻道組合，汽車製造商和供應商將持續利用這些先進技術。 RFFE 包含一個兩線的 SDATA 和 SCLK 匯流排介面，採用多點 (multi-point)、多主控 (multi-master) 的架構，如圖15所示，在此架構中，RFIC 控制著由上述的離散元件（調諧器、濾波器等）組成的射頻前端模組（FEM）；為了應對日益複雜的 5G 行動通訊網路 (cellular) 設計，RFFE 規範增加了一些功能，提升了對前端控制的靈活性；RFFE v2.1 中的一項功能是稱為主控文本轉移（MCT, Master Context Transfer），它可以快速在不同主控之間傳輸訊息，以迅速將控制訊息轉移到其他主控上；MIPI RFFE v2.1 的另一項新功能是遮罩寫入命令序列 (masked write command sequence)，它使得收發器的軟體能夠控制前端裝置中可編程內容的個別方面，這一功能解決了硬體複雜性日益增加的問題，為軟體開發人員提供了更靈活地應用配置變動的能力；MIPI RFFE v2.1 還擴展了 RFFE 匯流排的傳輸距離，從標準的 15 厘米延伸到最長 45 厘米，這個改進反映了行動通訊網路 (cellular)、Wi-Fi 和其他無線技術，在不僅僅是智慧手機上的廣泛應用。更長的匯流排距離為系統設計師提供了更多彈性，特別是對於例如像筆記型電腦，其中天線可能位於蓋子的角落，而收發器則位於鍵盤下方。 隨著5G RF前端需求的不斷演進，RFFE工作小組正在開發RFFE v3.0，該版本將引入許多針對這些需求的新功能，特別是，RFFE v3.0將解決在傳統的次6 GHz蜂窩 (cellular) 頻段中運作的裝置，5G的早期部署將主要集中在這些地方；MIPI RFFE v3.0還將致力於提高傳輸量和延遲，以確保使用RFFE的裝置能夠提供核心消費者和商業功能所需的高性能RF能力，舉例來說，計劃在RFFE v3.0中引入的定時觸發功能可以快速配置低雜訊放大器（LNA）在不同頻段之間快速切換，或者被不同頻段的觸發訊號啟動，實現對多個頻段的同步資料接收，定時觸發功能可以實現在不同頻段上的同步傳輸和接收，而較慢的非同步命令的做法無法有效地做到這一點。 隨著汽車產業將車輛打造成“行走中的智慧手機”，實現全面的5G行動網路連接，預計RFFE將繼續在模組內的前端控制應用中使用，未來版本超越RFFE v3.0也有望問世。 MIPI SoundWire：音頻性能的連接方案 在車輛操作和車內體驗中，視覺訊息發揮著至關重要且不斷增長的作用，而音頻也同樣重要；MIPI SoundWire整合了行動裝置和PC產業音頻介面的關鍵特性，並將其應用到汽車領域，它支持兩線多點介面上的全數位、多串流 (multi-stream)、多頻道音頻以及其他先進的功能，現有的SoundWire規範適用於在50厘米範圍內傳輸音頻和控制資料傳輸的系統，因此最適合位於SoC附近的音頻終端，例如：訊息娛樂中心或靠近顯示器的位置。 在汽車中，駕駛進行免持會議通話，前排乘客觀看新聞，後座的孩子們在看卡通時，使用"定向揚聲器"來創造個人音頻區域，減少對車內其他人的干擾可能會非常有用；透過MIPI SoundWire 可以進行適當的音頻演算法，實現持續監控干擾並即時調整聲音水平和方向，以達到此目的。 為了減少Pin數，MIPI SoundWire包含了嵌入式的命令和控制功能，省去了其他接口（如I2C或SPI）的需求，為了降低功耗，它還包括了時脈停止模式，在閒置時節省能量。 MIPI目前正在開發SoundWire的進化版本，稱為SoundWire I3S，採用差動PHY技術，差動PHY的優勢在於能夠在較長距離上進行操作，以支援較大的裝置或模組，尤其適用於汽車等應用領域；同時，相對於以單端SoundWire的介面，當連接靠近敏感的接收裝置（如天線）時，差動PHY能夠降低電磁干擾的發射。 儲存解決方案：UFS 的 MIPI UniPro 和 MIPI M-PHY 隨著自動駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛系統（ADS）的能力不斷擴展，對性能更高且功耗更低的儲存需求將不斷增長，通用快閃儲存（UFS）已成為車載資料儲存的理想標準，該規範由JEDEC固態技術協會制定，UFS已廣泛應用於智慧手機、平板電腦、數位相機和其他消費性電子產品的儲存中，為快閃儲存帶來了更高的資料傳輸速度和更高的可靠性。 娛樂和導航是需要高性能車載資料儲存的主要驅動力，考慮到先進的車載連接每秒可以收集超過1 GB的資料，將所有這些資料傳輸到雲端伺服器並返回，通常是低效且不切實際的，因此在車輛內部搭載一個邊緣儲存和計算子系統可以解決處理的挑戰；隨著從ADAS過渡到半自主和自主駕駛的轉變，特別是在整個行程中使用高清 (HD) 地圖時，這些系統將變得更加重要。 圖16顯示了UFS主機裝置透過M-PHY界面連接到UFS儲存設備，M-PHY是一種差動訊號界面，可以在離散的操作檔位和最多四條通道上運行，如圖16所示；M-PHY也可以在沒有離散參考時脈和重置訊號的情況下運行，這是理想的UFS配置；UFS 3.0在M-PHY Gear 4上運行，每條通道的速率為11.6 Gbps，或者每個方向的速率為23.2 Gbps，最多支援兩條通道。 Protocol Insight 推出的 Falcon G500/550C UFS/UniPro 協定驗證與分析儀，為 UFS 與 UniPro 除錯與一致性測試的業界領導解決方案，其整合了 UFS 和 UniPro 協定分析，支援 UFS 4.0, UniPro 2.0, 及 MIPI M-PHY 5.0 HS-G5 的雙向鏈路協議分析；Falcon G550C除了上述的協議分析外另外支援封包生成(Exerciser)和驗證，支援UniPro 2.0、UniPro 1.8和JEDEC JESD224A UFS符合性測試套件(CTS)。為了解決嵌入式系統碰到的訊號獲取問題，Protocol Insight提供主動式雙向探針(Active bi-directional probe)、中介卡(interposer)和主動式功率分配器(Active Power Splitter)解決方案，讓客戶有多種方式選擇連接儀器與待測物。 UniPro是UFS儲存的傳輸協定，UniPro v2.0的一項最適合汽車應用的功能，是其能夠持續監測正向和反向連接的符碼錯誤率，以及接收器性能，使其能夠動態地“重新調適”通訊通道，如果需要，此功能會更新連接設定，以確保連接在更高的資料速率下，提供相同的可靠性和服務品質（QoS）- 這兩者對於汽車至關重要，因為系統會受到高度變化且有時極端的溫度條件的影響。 A-PHY：解決嚴苛汽車環境下的長距離挑戰 MIPI Alliance正在與汽車產業領導者合作開發A-PHY的第一代，這是一種用於相機/影像和顯示系統的標準且堅固的長距離汽車界面，使用了無處不在的MIPI相機和顯示協定，A-PHY正在開發為一種非對稱資料鏈接，以點對點拓撲結構為基礎，具有高速單向資料、嵌入式雙向控制資料、以及可選擇的供電功能，透過一條單一電纜傳輸。它將支援最長達15米的同軸電纜、和帶有最多四個內聯連接器 (inline connectors) 的屏蔽差動對（SDP）線材；A-PHY的引入將有助於汽車行業更充分地應用MIPI規範，從而在眾多汽車應用案例中獲得更多的好處；同時，預計A-PHY還將在汽車之外的其他長距離應用領域，如：物聯網和工業應用中發揮作用。 A-PHY在ADS和ADAS的攝影機和成像傳感器，以及包括光達和雷達在內的其他周邊傳感器中發揮著重要作用，A-PHY還將支援中央控制台和乘客座位上越來越大和高分解析度的多媒體娛樂顯示器，以及其他顯示應用，例如數位後視鏡和後座顯示器。 在A-PHY可用之前，目前的汽車解決方案通常使用MIPI CSI-2/DSI-2協定，將攝影機連接到ECU，將ECU連接到顯示器，但由於其有限的範圍，無法使用MIPI D-PHY/C-PHY介面；因此，整合商必須依賴"橋接"解決方案，將D-PHY/C-PHY訊號轉換為專有的長距離PHY訊號，和從專有的長距離PHY訊號轉換回D-PHY/C-PHY訊號，來重新創建大多數汽車供應商今天使用的本地D-PHY/C-PHY介面的能力，該配置如圖11所示。 現下做法中的一個主要問題是，在這種長距離PHY方面缺乏單一標準，導致汽車生態系統的複雜性和混亂，此外，使用橋接發射器晶片（TX）和橋接接收器晶片（RX）這將需要兩個額外的晶片，增加了成本、重量、功耗、和潛在的故障點；A-PHY的目標是創建一個單一的標準化解決方案，用於直接且有效地傳輸MIPI CSI-2和DSI-2協定的汽車長距離應用，這將帶來了兩個好處： 在短期內，橋接晶片供應商可以專注於單一的長距離物理層標準 A-PHY，以降低生態系統中的複雜性和成本。請參見圖17。 從長遠來看，終端裝置，如攝影機、SoC和顯示器，可以原生支援整合的 A-PHY，從而消除橋接晶片，請參見圖18。 A-PHY v1.0 將在長達 15 m 的距離內支援高達 16 Gbps 的資料速率，發展藍圖的願景是支援 48 Gbps 及以上的攝影機、顯示器和其他案例，例如：多個攝影機或顯示鏈路聚合成更高速的鏈路，當規範完成後，A-PHY 將滿足廣泛的長距離、高速連接需求。 為了實現這些目標，正在發展具有兩種配置或操作模式的 A-PHY： 配置一： 將以NRZ-8b10b 編碼為基礎，並專注於低速應用，以滿足對成本最低、設計複雜度低的解決方案的需求，從而簡化佈建複雜度並加快上市時間，其預計在15 m處的最高速度可能約為8 Gbps。 配置二： 可用於所有速度，並為 A-PHY 提供清晰的藍圖，以提高對它有需求的汽車性能關鍵型應用的速度， 該配置將以具有窄頻干擾消除 (NBIC) 的穩健 PHY 級重傳方案 (RTS) 為基礎。 這兩種配置將具有至少一種通用速度檔位 (gear)，以確保互操作性 (interoperability)，同時為汽車生態系統提供跨越性能、成本和複雜性的實作選擇。 A-PHY 將在汽車領域所扮演的角色，如同 C-PHY 和 D-PHY 在當今行動應用領域一樣，為車輛中的傳感器和攝影機提供高速連接，其中資料流主要從傳感器或攝影機流向中央高速處理器 – ECU；A-PHY 還將應用於顯示器的連接，這需要不斷提高的影音解析度以支援下一代車載訊息娛樂應用，包括使用顯示器取代車內外的後照鏡。 圖 19 說明了透過行動應用實現在短距離內重複使用 MIPI 協定，以及使用 A-PHY 在長距離上重新使用 MIPI協定。 A-PHY 的關鍵技術優勢 A-PHY 的關鍵技術優勢包含： 非對稱優化架構： A-PHY 專為從攝影機/傳感器到 ECU，以及 ECU 到顯示器的高速非對稱傳輸而設計，同時為命令和控制提供同步 (concurrent) 低速雙向流量；與其他/對稱架構相比，優化的非對稱架構可以簡化設計並降低成本。 行動應用協定的重複使用： 在數十億智慧手機和物聯網裝置中成功部署後，MIPI 協定已被充分證明可以直接應用於汽車領域。 純硬體協定層： 與使用 D-PHY/C-PHY 分層的行動裝置應用一樣，A-PHY 與 CSI-2/DSI-2 協定層緊密耦合，因此本質上僅使用純硬體協定層進行操作，無需軟體干預；與其他介面相比，該架構具有更大的靈活性，並利用軟體層來實現這種靈活性。 針對佈線、成本和重量進行了優化的架構： 由於 A-PHY 優化了非對稱架構和硬體協定分層，A-PHY 滿足了優化佈線、成本和重量要求，隨著電子元件及其介面所需線材數量的增加，這一點變得越來越重要。 彈性的資料連結層可支援其他協定： MIPI 聯盟希望與其他將其本地協定應用於汽車領域的組織合作，其中包括 VESA，它正在調整其 DisplayPort 協定規範以供汽車使用，為了適應這些開發規範，A-PHY 包括一個通用資料連結層，可容納不同的協定調節層 (adaptation layer)，同時計劃支援 VESA 的車載 DisplayPort 協定。 高 EMC 抗擾度： MIPI 投入了大量資金來分析和量測嚴酷的汽車通道，並得出結論：以窄頻干擾消除器 (NBIC) 和重傳方案 (RTS) 的架構可提供最穩健的性能，特別是對於在較長距離內需要更高資料速率的應用 。 其他關鍵 A-PHY 屬性包括： 與汽車乙太網路互補共存： IEEE 802.3ch 乙太網路是一種新興的網路主幹，用於汽車控制元件之間的對稱控制和訊息協調，A-PHY 和汽車乙太網路將在許多架構中共存，圖 20 說明了非對稱和對稱資料流和介面的同步使用。 支持兩種常見線材類型並透過資料線路供電： 根據汽車產業的要求，A-PHY 將容納兩種線材類型：單端同軸電纜介面 (Coax) 和屏蔽差分或併行對（SDP、SPP），其中還包括屏蔽雙絞線 (STP)；電纜類型的選擇取決於具體的 OEM 要求或偏好，因此兩者都可以支援，A-PHY 還支援資料線路供電，無需單獨的電源佈線。 菊鍊 (Daisy-chaining) 和流量複製功能： 菊鏈可以透過與 ECU 的單個鏈路連接多個攝影機或顯示器，流量複製可用於備援 (redundancy)，例如在功能安全的應用中。 總結 實際上，所有 MIPI 聯盟介面都將繼續在包括汽車在內的，受行動應用影響的領域得到利用，儘管大多數介面僅限於“模組”或“子系統”內的短距離連接，其尺寸與行動智慧手機或平板電腦相當，雖然該聯盟正在補充其行動應用的有關協定，以滿足功能安全等汽車要求，以進一步提高其協定的影響力，但它還在開發長距離 A-PHY，最初重點關注於 CSI-2 和 DSI-2 協定，被應用於自動駕駛和先進的訊息娛樂。 A-PHY v1.0 將在長達 15 米的距離內支援高達 16 Gbps 的資料速率，並制定了支援 48 Gbps 及以上的發展藍圖，同時保持與早期版本的向後相容性；A-PHY v1.0 規範預計將於 2020 年初向開發人員發布，並於 2019 年底向 MIPI 聯盟貢獻者成員提供規範草案。 透過為汽車中的長距離非對稱點對點通訊開發統一的 A-PHY 規範，正如 MIPI 聯盟對 2000 年代中期早期行動電話的貢獻一樣，預計 A-PHY 在汽車中實現的生態系統，將透過規模經濟降低成本，縮短上市時間，並加速自動駕駛之路，A-PHY 規範與所有 MIPI 規範一致，將免費提供給 MIPI 成員。 文章來源：MIPI Alliance 匯流排協定測試解決方案總覽 > 翔宇科技代理了各種匯流排協定測試解決方案，包括：PCIe、NVMe、CXL、Serial Attached SCSI、Serial ATA、Fibre Channel、Ethernet、MIPI M-PHY、 UniPro、UFS、A-PHY、I3C、USB、CAN、I2C、SPI、eSPI 等測試工具。

MIPI Automotive SerDes Solutions (MASS) 是一套專為汽車應用而設計的連接解決方案，它提供了全面的端到端連接能力，用於日益增長的攝影機、感測器和顯示器；MASS的技術組成包括物理層和協議層，其遵循相關的MIPI規範和標準；在功能安全性方面，MASS在協議層實現了功能安全功能，確保系統在故障情況下的可靠運行和資料保護；同時，MASS也提供資料安全保護功能，包括：資料的加密、驗證和安全傳輸等；這些功能使得MASS成為實現高品質影像傳輸和安全性的理想選擇。 無論是在車輛的安全駕駛輔助系統還是即時決策支援系統中，MASS都能提供穩定可靠的連接和資料傳輸。MASS廣泛應用的領域還包括多個高解析度儀控顯示和娛樂顯示的整合，這些特性使得MASS成為現代汽車設計中不可或缺的重要技術。 摘要 MIPI車用SerDes解決方案（MASS）是一系列規範，為高性能感測器和顯示器建立了一個完整、高度可靠的車載連接框架，該框架包含了標準化的長距離SerDes（MIPI A-PHY），以及經過驗證用於攝影機、感測器和顯示器的高層協定（如MIPI CSI-2、MIPI DSI-2和VESA eDP/DP），並具備功能安全和安全性增強措施，MASS是先進駕駛輔助系統、數位座艙、和車載娛樂服務的重要推動者。 由於連接性(Connectivity)、自動化(Automation)、共享(Sharing)和電氣化(Electrification)（簡稱為“CASE”）等顛覆性產業趨勢，汽車系統正經歷一場快速的演進，先進駕駛輔助系統（ADAS, Advanced Driver Assistance Systems）、數位座艙、車用資訊娛樂系統（IVI, In-Vehicle Infotainment）和自動駕駛系統（ADS, Autonomous Driving system）的普及，驅動了車輛感測器和顯示器的快速增長，對攝影機和顯示器的解析度、訊框率 (frame rates) 和位元深度 (bit-depths) 要求也越來越高；為實現所有這些車載感測器和顯示器之間的高速連接，需要開發創新的電氣和電子（E/E）架構，並利用最新的高速車用網路協定，實現高容量資料傳輸。 為了因應這些挑戰並支援新的架構，MIPI Alliance開發了MIPI Automotive SerDes Solutions（MASS），這是一個端到端的框架，使用MIPI A-PHY、MIPI CSI-2、MIPI DSI-2和其他許多產業標準化的協定，其具備了功能安全、資料安全性 (security) 和可靠性，用於連接攝影機、感測器和顯示器。 作為滿足汽車產業需求的跨產業合作努力的結果，MASS由四個要素組成，這些要素結合在一起形成了完整的端到端連接框架： SerDes物理層： MASS的基礎是MIPI A-PHY，這是產業第一個長距離非對稱串行器/解串器（SerDes）物理層介面標準，具有高抗干擾能力，A-PHY專門設計來滿足汽車產業的需求，它將消除專有的非對稱PHY和橋接器的需求，簡化車載通訊網路、降低成本、線材束重量和開發時間。 更高層協定： MASS結合了一套被廣泛採用的高層應用協定，這些協定在數十億裝置中得到使用，並且正在被應用於汽車領域；這些協定包括用於攝影機的MIPI CSI-2、用於顯示器的MIPI DSI-2和VESA eDP/DP，以及包括較低速度的協定，如I2C（內部整合電路, Inter-Integrated Circuit）、GPIO（通用輸入輸出埠, General Purpose I/O Ports）、乙太網路、和MIPI I3C，使用這些已經被廣泛採用的協定，將推動規模經濟效應，降低非循環開支/開發成本，並提供向前和向後相容性。 功能安全： MASS標準化了幾項功能安全增強功能，有助於以MASS為基礎的應用，滿足ISO標準26262:2018《道路車輛-功能安全》的要求，並使設計師能夠構建符合常見的汽車安全完整性等級（ASIL）規範系統，從ASIL B到ASIL D。 資料安全性 (Security)： MASS還包括安全性增強功能，高頻寬數位內容保護（HDCP）已經支援顯示器應用，並將在不久的將來添加其他安全性增強功能，以實現端到端的身份驗證、隱私保護（加密）、訊息完整性、和重播保護。 所有MIPI的基本MASS規範已經完成，或將在2021年底之前完成；在2022年中，將完成額外的規範和更新，以在MASS框架中增加更多的安全性增強功能。 這份白皮書介紹了汽車市場趨勢、MASS框架及其要素的概述，並展示MASS應用案例，欲了解更多訊息，請至 https://mipi.org/automotive。 汽車市場趨勢與挑戰概述 由於連接性 (Connectivity)、自動化 (Automation)、共享 (Sharing) 和電氣化 (Electrification) 等顛覆性產業趨勢的推動，汽車感測器（攝影機/雷達/雷射雷達）和顯示系統正在經歷快速演進，這些趨勢的在表1中描述，推動了外部感測器和車載顯示器的數量不斷增加，其中一些範例在圖2中顯示。 這些趨勢獲得市場研究的支持，該研究預測下一個十年內，支援先進駕駛輔助系統（ADAS）功能的車輛數量將迅速增長，數據顯示，ADAS系統的複雜性將迅速增加，推動市場上支援SAE自動駕駛等級1、2、3及以上的車輛的採用，如圖3所示。 車輛感測器和顯示器的數量增加，同時伴隨著不斷提升的攝影機和顯示器解析度、訊框率、和位元深度所需的資料負載需求的增長，MIPI於2018年進行的一項研究預測了攝影機和顯示模組的資料頻寬需求，結果顯示在圖4中，這些訊息被用於確定初始MASS SerDes的目標速度為16 Gbps。 MIPI 車用 SerDes 解決方案介紹 (MASS) MIPI Automotive SerDes Solutions (MASS) 是MIPI聯盟開發的一套解決方案，重點在於克服前一節中描述的挑戰，並促進新的電氣和電子（E/E）架構的開發；MASS是一個端到端的框架，用於使用MIPI A-PHY、MIPI CSI-2、MIPI DSI-2和許多其他產業標準化的協定，在車輛內連接攝影機、感測器和顯示器，同時具備功能安全性、資料安全性和彈性。 在MASS之前，汽車產業不得不依賴專有的SerDes協定，來實現外圍要素和處理器之間的長距離連接，並且需要設計專有的功能安全解決方案，這種缺乏標準化和支援的連接框架，限制了開發商的選擇，阻礙了規模經濟效應的實現，增加了設計的複雜性和成本。 MASS框架利用已經在汽車領域廣泛使用的現有MIPI協定以及其他協定，例如：VESA的DisplayPort（DP）和嵌入式DisplayPort（eDP）用於顯示器，以及眾多支援性協定，如I2C和GPIO。 MASS建立了一個受產業所支持的一系列標準的規模經濟效應，眾多汽車相關開發商共同採用了一套標準化的協定和技術，從而降低了整體成本；透過共享相同的標準和規範，汽車製造商和供應商能夠從大規模生產和採購中受益，實現更高的效率和更低的成本；這也使得汽車原始裝置製造商（OEM）和 Tier 1 供應商能夠將工程成本分攤到更多的元件數量上，同時，它還促進了來自廣泛的產業參與者生態系統的加值服務，如測試和軟體資源的開發。 標準化還有助於產業更快地改進技術，因為供應商會開發更高效的方式來實施這些規範，這些方式隨後會整合到未來的版本中；標準化的介面還可以透過向前和向後相容性，簡化產品後續的維護和更新，同時也鼓勵開發者提供長期的支援；標準化使得技術的演進和更新更加順利，促進了產品的可持續發展，同時，標準化還為供應商提供了更多的競爭優勢，因為他們可以更快地推出符合標準的產品，滿足市場需求，並在產業中占據更有利的位置；整體而言，標準化對於促進技術進步、簡化產品維護、和提供長期支援都起著重要作用。 使用標準可以消除設計或選擇專有介面的負擔，使得汽車原廠和Tier 1供應商能夠專注於在協定堆疊更高層次上開發“高價值”的產品差異化技術，例如：利用機器學習和人工智能提供增強客戶體驗的應用，這樣做可以使他們專注於開發更具創新性、能夠區隔產品的技術，而無需花費過多精力設計專有介面。使用標準介面讓車廠和供應商能夠更有效地分配資源，集中精力提供更具價值的技術解決方案，從而提升產品的競爭力，並為客戶提供卓越的體驗。 MASS是專為需要在汽車內部具有高速、高度不對稱的資料傳輸網路應用而設計的，它與對稱協定（如車用乙太網路）相輔相成，儘管乙太網路和其他對稱網路協定，主要用於對等裝置之間的全雙工、對稱網路通訊，但MASS優化了將資源受限的外部元件與相應的電子控制單元（ECU）相連接，使用MASS表示汽車邊緣的元件可以更小、更簡單，同時在單向上提供高頻寬，例如：從攝影機、或雷達傳感器，到ECU的輸入 (inbound) 資料流，或從ECU到數位座艙顯示器的輸出 (outbound) 資料流。 整合藍圖 MASS的設計主要實現了即時的整合，如圖6所示，初步的整合將透過標準化的A-PHY SerDes橋接器，擴展短距離的MIPI C-PHY / D-PHY物理界面，從而取代專有的長距離SerDes解決方案。 MASS的作法為透過將A-PHY和其他MASS協定直接整合到傳感器、ECU和顯示器中，實現更高效的流程，從而消除了獨立橋接要素的需求；在某些情況下，整合可能會先從A-PHY連接的一端或另一端開始，例如：先將其整合到圖形處理器中，然後再整合到顯示模組中。 MASS 框架 MASS由四個主要要素組成，當這些要素結合在一起時，創造了一個從頭到尾的車用連接框架，這四個要素分別是（1）物理層介面、（2）高層協定、（3）功能安全和（4）資料安全性，每個要素在表2中有更詳細的描述。 為了說明這些規範如何構成框架，圖7顯示了完整的MASS協定堆疊，包括：物理層和連結層、協定適應層(protocol adaptation layer) 和協定層。 表3列出了目前MASS框架中各層所包含的規範，並在下面對每個規範進行了更詳細的描述；此外，還提供了內建於MASS中的功能安全和資料安全性啟用功能的概述，以及支援這些規範的各種一致性測試套件的簡要說明。 大部分MASS規範已經完成，其餘核心規範將於2021年底前完成，額外的規範將於2022年中完成，以進一步增強MASS框架的安全功能。 MIPI A-PHY SerDes (實體層和資料連結層) 在2020年9月，MIPI聯盟發佈了 MIPI A-PHY v1.0，這是首個非對稱的產業長距離SerDes物理層介面標準，A-PHY專為滿足車用產業的特定需求而設計，它將消除對專有物理層介面和橋接器的依賴，從而簡化車載通訊網路，降低成本、減輕重量並縮短開發時間。 在標準化帶來的優勢之外，A-PHY 還提供了前所未有的彈性和可靠性，讓汽車製造商、Tier 1供應商和元件供應商能夠更簡化和優化攝影機、感測器和顯示器的整合。A-PHY 不僅擴展了 MIPI CSI-2 和 MIPI DSI-2 的應用範圍，還支援其他經批准的非 MIPI 上層協定，從而減少了設計的複雜性，並加速了產品上市的時間。 A-PHY 概述 A-PHY物理界面（如圖8所示）為點對點、或鏈式拓撲 (daisy-chain topology) 中的資料源和資料接收器之間，提供非對稱的資料網路，它透過單根電纜（同軸或屏蔽差分對）傳輸高速單向資料、嵌入式雙向控制資料，並可選擇性地供應電源。 A-PHY在車用系統中的主要任務是在攝影機、顯示器、和相應的ECU之間傳輸資料，它提供了一個協定無關的資料連結層，可以支援其他MIPI規範和MIPI認可的第三方規範，A-PHY的傳輸距離可達15米，使得MIPI CSI-2和MIPI DSI-2等高層協定，可以直接在整個車輛範圍的物理連結上運行。 A-PHY v1.0的主要特點包括： 在A-PHY v1.0中，支援高達16 Gbps的資料傳輸速率；在v1.1中，提升至32 Gbps，並有未來升級至48 Gbps及更高速率的規劃 具有極高的可靠性，車輛資料傳輸的封包錯誤率（PER）永遠低於10-19 具有出色的抗干擾能力，受電磁干擾（EMI）的影響極小 延遲極低（最多6微秒） 支援多種電纜類型，包括同軸電纜和屏蔽差分對（SDP） 可以達到長達15米的距離，並具備四個內聯連接器 (inline connectors) A-PHY 性能 A-PHY v1.0定義了兩個配置檔案和五個速度檔位（見表4），以滿足不同應用的性能、成本和複雜度需求。 檔位和調變方式如下： 配置1： 設計用於簡單、成本最低的做法，縮短上市時間，使用NRZ-8b10b編碼，它形成了G1和G2兩個速度檔位。 配置 2： 設計用於高性能應用，使用脈衝幅度調變（PAM）編碼，具有更高的EMC抗干擾能力和較低的資料包錯誤率，它形成了G3、G4和G5三個速度檔位，以及未來的更高速度檔位。 不同的速度檔位滿足了連接高性能攝影機、感測器和顯示器的需求，例如，G5檔位支援16 Gbps的速率，可以以每秒60幅的速度傳輸3840x2160的Ultra-HD影音；對於安全應用的延遲要求，A-PHY v1.0在G5檔位中的最大延遲為6微秒，即從A-PHY發射器產生資料包到A-PHY接收器接收資料包的時間。在這段時間內，可以進行快速的PHY層重新發送，以實現超低的資料包錯誤率，如下所述。 A-PHY的物理層透過其通用資料連結層和一組協定適應層（PALs），可以支援多種高層協定，這些協定適應層將這些協定映射到A-PHY的A-Packet格式中，除了用於MIPI CSI-2和MIPI DSI-2的協定適應層之外，還正在開發額外的協定適應層，可應用於多種低頻寬控制介面。 A-PHY採用窄頻干擾消除（NBIC）和物理層重傳方案（RTS），以實現最大的連接可靠性和超低的資料包錯誤率，RTS提供了極高的抗電磁干擾能力，可以恢復損壞的A-Packet，確保連接的穩定性；MIPI聯盟在獨立實驗室進行的測試顯示，即使經過多年的機械應力和老化，A-PHY連接仍能保持高度的抗干擾能力，這有助於A-PHY實現超低的資料包錯誤率，即<10-19，即車輛使用壽命內不到一個資料包的錯誤。 A-PHY未來的增強功能 A-PHY v1.1 目前正在開發中，將透過支援星形四對纜線(STQ)電纜上的雙下行連接，將Gear 5的最大下行資料速率從16 Gbps提高到32 Gbps，同時，上行速度將從100 Mbps增加到200 Mbps；此外，A-PHY v1.1還將將PAM4編碼擴展到更低的速度檔位(G1和G2)，降低這些檔位的操作頻寬，使汽車 OEM 製造商、Tier 1供應商和其他供應商，能夠使用成本更低的舊有電纜和連接器實現A-PHY。 IEEE 標準採納 A-PHY A-PHY v1.0已被採納為IEEE標準，IEEE 2977™-2021的批准《IEEE Standard for Adoption of MIPI Alliance Specification for A-PHY Interface (A-PHY) Version 1.0》，拓寬了MIPI A-PHY的應用生態系統，進一步促進了全球汽車產業的互通性、供應商選擇、和規模效益。 A-PHY協定適應層（PALs） MIPI協定適應層（PALs）定義了在A-PHY連接中，傳輸已驗證的MIPI和經批准的第三方協定所需的轉換方式，MIPI協定適配層將這些經批准的高層協定轉換到A-PHY的A-Packet格式中，作為從A-PHY的通用資料連結層到高層協定之間的傳輸通道（見圖9），這樣，協定適配層使得高層協定能夠在A-PHY物理連接中無縫運行。 MASS（MIPI Automotive SerDes Solutions）整合了多個PAL規範，用以簡化A-PHY與各種上層協定的整合，目前已經有了MIPI CSI-2、MIPI DSI-2、VESA eDP/DP、I2C和GPIO介面的PAL，目前正在開發一個額外的PAL，以便透過乙太網路對外圍裝置進行控制和配置，預計於2021年發布；此外，還計劃於2022年開發一個用於I3C的PAL，表5列出了所有PAL的完整清單。 MASS協定層 MASS運用了一系列在汽車產業被廣泛支援的高層協定，包括MIPI CSI-2（用於攝影機）、MIPI DSI-2和VESA eDP/DP（用於顯示器），以及多種低速控制協定，如I2C、GPIO、乙太網路和I3C；下面會對每個高層協定進行簡要介紹。 MIPI攝影機協定 MIPI的攝影機協定主要應用於智慧型手機、平板電腦、汽車、無人機、可穿戴裝置、和其他產品中，來傳輸高解析度影像、豐富色彩、和先進的影像功能；這些協定使攝影機、和高速傳感器能夠與應用處理器、或影像訊號處理器相互連接，在汽車應用中，MIPI攝影機協定通常與MIPI攝影機服務擴展（CSE）用於安全和資料安全性，以及MIPI攝影機命令集（CCS）使用於高層控制的相互結合。 MIPI CSI-2 自2005年以來，CSI-2已成為連接行動裝置系統中攝影機和主機裝置的標準，除了在行動裝置中廣泛應用外，CSI-2在汽車系統單片機（SoC）元件中也得到廣泛採用，它不僅提供了與車載攝影機的連接，還可連接CSI-2的雷達和雷射雷達傳感器，這些傳感器在先進駕駛輔助系統（ADAS）中扮演關鍵角色。CSI-2的廣泛應用證明了其不斷演進的能力和在多種應用中的靈活性，同時也展現了該規範在提供汽車級電子系統服務方面的可靠性和成熟度。 CSI-2可支援各種不同的影像解析度、影音訊框率 (frame rate)、色彩深度、和高動態範圍功能的傳感器；例如：目前的應用中，攝影機的解析度可超過4000萬像素，視訊捕捉速率可達4K/120fps或8K/30fps，這使得CSI-2在現代車輛中的應用非常理想，因為車輛需要多個攝影機和其他傳感器，每個傳感器都有自己的用途和要求。 CSI-2 v3.0提供了針對現代車輛影像系統設計的功能，這些功能利用機器感知等技術，包括： RAW-24： 這是一種以24位元精度表示單個影像像素的格式，提供了更高的影像品質，有助於自駕系統做出更好的決策，例如，在設計一個主動安全輔助系統應用時，RAW-24可以幫助前置攝影機系統區分陰影和道路上的黑暗障礙物，即使汽車剛從陽光明媚的地方進入隧道。 感興趣的智慧區域（SROI）： 這個功能的主要目的是利用機器推理算法更準確地分析圖像，透過在感測器模組中進行更多的分析來實現，這樣做可以減少傳送到遠端ECU的資料量，從而提高系統效率。 統一串列連接（USL）： 這個功能透過將控制訊號資料與影像像素封裝在一起，來減少連接影像感測器與相應應用處理器所需的線路數量；這種減少線路數量的做法使得車載感測器與處理器之間的連接更加簡單，同時也降低了設計的複雜性。 CSI-2 v4.0將於2021年發布，增加以下功能支援： 始終開啟的監控通道 (AOSC, Always-On Sentinel Conduit)： 這項功能可透過整合或外部控制器實現超低功耗的 ”始終開啟” 推理，使得低功耗感測器始終處於 ”開啟狀態”，始終監控周圍環境，只有在發生相關事件時才喚醒遠端應用處理器；AOSC將使CSI-2訊框傳輸和雙向控制可以透過雙線I3C解決方案實現，而不是透過CSI-2 PHY（如MIPI C-PHY或MIPI D-PHY）進行傳輸。 RAW-28 影像捕捉： 這是一項針對關鍵任務、即時感知的自主應用的功能。 MIPI攝影機服務擴展（CSE） 攝影機服務擴展（CSE）規範定義了CSI-2的擴展功能，包括：功能安全、安全性和其他特性；CSE規範可應用在具有從ASIL B到ASIL D等級功能安全目標的車用系統；此外，CSE的使用也可應用於非車用系統的情境。 CSE定義了服務擴展封包（SEP）的格式，以實現從感測器到相應ECU的端到端資料保護機制，在使用SerDes橋接連接時，所有的SEP封包在連接時，會透過MIPI C-PHY / MIPI D-PHY進行封裝和傳輸，以建立一個隧道來保護資料的傳送，然後透過A-PHY橋接進一步傳送至遠端的A-PHY接收器。 CSE還引入了ESS-CCI（Enhanced Safety and Security for Camera Command Interface）協定，用於實現感測器與相關ECU之間控制通道的端到端保護，該協定使用PAL/I2C在A-PHY上進行隧道封裝。 使用CSE可以使汽車系統實現ADAS的安全目標，達到ISO 26262:2018標準下的ASIL D級別；它支援的安全機制，包括：端到端保護，建議對資料通訊匯流排實現“高”診斷覆蓋率。 如果系統中的所有元件（即資料源和資料接收器）都支援CSE，那麼由資料源（例如影像感測器）產生的任何SEP封包，在傳輸到接收器（例如影像處理器）的過程中，如果被修改或中斷，都將被檢測到。 MIPI 攝影機指令集 MIPI 攝影機指令集（CCS）是針對CSI-2設計的，可快速整合影像感測器功能，無需依賴特定裝置驅動程式，同時，它還賦予開發人員靈活性，可以自訂更高階的攝影機和影像系統處理方式，同時降低攝影機和影像元件的整合需求和成本。 CCS支援CCS靜態資料，實現標準化能力和組態文件，它可以與支援I2C、MIPI I3C和MIPI CSI-2的感測器一起使用，並使用統一串列連接（USL）指令和控制介面，透過CCS靜態資料，一個裝置驅動程式可以與多個不同的影像感測器和模組進行交互作用，從而實現共用的驅動程式，簡化新元件的整合流程。 MIPI還提供CCS工具，以補充CCS的功能，包括： 一個以YAML為基礎定義的純文字格式，讓開發人員可以以純文字形式讀取和編輯CCS靜態資料文件，並且可以輕鬆地透過腳本和其他程式產生。 利用 Perl腳本，將這些以純文字的CCS靜態資料文件，轉換為CCS靜態資料的二進制格式。 實現以C語言編寫的參考庫，提供了一個通用工具，用於解析轉換器產生的二進制文件，這使得在驅動程式中支援CCS靜態資料更加容易；無論在哪裡使用標準解析庫，CCS靜態資料的二進制文件都可以以相同的方式進行讀取。 此外，還開發了符合CCS標準的Linux攝影機感測器驅動程式，可用於Linux主要發展核心 (mainline kernel)，MIPI CCS和MIPI CCS Tools是可公開使用的。 CCS工具以3-Clause BSD 授權進行分發，可在MIPI Alliance的GitHub程式庫中下載。 顯示協定 MIPI DSI-2 MIPI DSI-2（MIPI Display Serial Interface 2）規範已經具備支援多個車用顯示器的功能，這要歸功於高頻寬的物理連接、資料壓縮、和靈活但簡單的架構，DSI-2支援自定義和標準設計，非常適用於新一波的車用顯示器開發，核心的DSI-2規範還可透過MIPI DSE和DCS規範（下文詳述）進行擴充。 和CSI-2一樣，DSI-2規範最初是在2000年代中期為智能手機開發的，支援高解析度和訊框率，具有低功耗特性，可用於顯示模式和命令模式的顯示器；DSI-2目前可以支援每秒超過三千兆像素的無壓縮影像內容，在最近發布的v2.0規範中，這一數字提升到了六千兆像素；它的傳輸層採用了VESA VDC-M標準，用於對顯示的內容會資料進行視覺無損壓縮。 DSI-2讓設計師在同一個控制台上使用一組訊號線，串聯多個不同像素時序的顯示器，MIPI DCS（MIPI Display Command Set）的命令協定確保每個顯示器按照其獨特的刷新率，接收到定時的資料封包，而較少的MIPI PHY線路表示減少元件、降低系統和製造成本，以及減少複雜性。 DSI-2協定支援了一些功能，以滿足汽車產業獨特且嚴格要求，這些功能包括：提供增強的連接完整性，用於資訊安全應用以及保護娛樂影音串流的HDCP功能，確保資料的安全性。 圖像壓縮在應對下一代車輛中的高性能和高速度介面顯示器的普及至關重要，VDC-M顯示壓縮標準能夠以最大6:1的壓縮比，將24位元未壓縮RGB源的像素壓縮為每像素4位元（或將30位元未壓縮RGB源的像素壓縮為每像素5位），同時最小化對延遲的影響，這有助於汽車設計師滿足對更大總車輛顯示頻寬的需求。 最近，MIPI進行了一項影像壓縮研究，評估VDC-M在汽車應用場景中的視覺無損特性，這項研究結果證明了DSI-2在應對下一代車輛中不斷增長的頻寬挑戰提供了解決方案，透過使用VDC-M標準進行影像壓縮，可以達到最高6:1的壓縮比，從而有效地降低傳輸介面對於速度的要求，這表示在保持視覺上無損的前提下，車輛設計師可以減少介面所需的頻寬，更好地滿足對總車輛顯示頻寬的需求，相關論文可從MIPI Alliance網站下載。 MIPI顯示服務擴展（DSE） MIPI 顯示服務擴展 (DSE) 規範定義了 DSI-2 和 eDP/DP 顯示協定在 A-PHY 連結上從顯示源（例如中央 ECU）到顯示接收器（例如主動矩陣顯示模組）的傳輸流程和機制，DSE 提供了功能安全、資料安全性和其他功能。 DSE規範定義了一種服務擴展封包（SEP）格式，用以實現資料保護，並將影音時序和時脈訊息嵌入到A-PHY封包中，顯示串流內容由顯示源和接收器在其協定層中轉換為/自SEP格式，從而提供端到端的資料保護。 在使用A-PHY橋接器的情況下，SEP封包從資料源透過MIPI C-PHY / MIPI D-PHY進行隧道封裝，然後被封裝成A-PHY A-Packets，透過分組交換的A-PHY網路傳輸到遠端接收器，並在那裡進行相反的操作。如果顯示源和/或接收器元件支援整合的A-PHY功能，SEP封包可以直接透過A-PHY網路傳輸到遠端A-PHY接收器，而無需使用橋接器元件。 使用SEP格式可以實現顯示系統在ISO 26262:2018標準下，達到ASIL D級別的ADAS安全目標，同時支援端到端的資料保護機制，以確保對資料通訊匯流排的"高"診斷覆蓋率。 如果系統中的所有元件（即資料源和資料接收器）都支援DSE，那麼由資料源產生的任何SEP封包，在傳輸到接收器的過程中如果被修改或中斷，都將被檢測到。 MIPI 顯示命令集 (DCS) MIPI 顯示命令集 (DCS) 提供了一套標準化的命令集，用在DSI-2上對顯示器進行控制和提供影像資料，它定義了所有設定、控制和測試功能的命令，包括：解析度、寬度、和亮度等設定的控制，DCS支援VESA DSC和VDC-M顯示串流壓縮標準。 採用DCS有助於不同廠商產品之間的無縫互通，從而簡化了行動裝置和其他產品的整合和開發流程，這不僅減少了上市時間和設計成本，還能夠輕鬆添加新的功能，並充分利用MIPI規範的可擴展性，進一步增強了產品的多功能性和適應性。 VESA 顯示協定 VESA DisplayPort 和 Embedded DisplayPort（eDP）是由VESA開發和標準化的數位顯示協定，該介面主要用於連接影音源（例如ECU）和顯示裝置（例如顯示模組）。 功能安全 MASS（MIPI Automotive Subsystem）實現了資料保護功能，有助於滿足ISO 26262:2018的功能安全要求，使設計師能夠構建符合相應ASIL規範（從ASIL B到ASIL D）的系統，滿足單點故障度量（SPFM）和潛在故障度量（LFM）的要求，MASS的功能安全性，能使其成為應用於汽車領域的理想選擇，它確保系統在面對故障時能，夠可靠運行並保護資料的完整性和可用性。 在MASS中，設計了多個功能，包括在物理層和協定層，以實現「bridge-to-bridge」和「end-to-end」的資料保護解決方案，如圖10所示。 在物理層面上，A-PHY具備一些功能，使之可以在汽車應用中實現功能安全性： 在A-PHY的A-Packet格式中，封包表頭和封包尾端，都包含循環冗余檢查（CRC），用於檢測封包的完整性；此外，封包表頭中還包含一個8位元的訊息計數器，用於檢測A-Packet的丟失和重播攻擊，同時，還有一個超時監控器用於檢測通訊的丟失，這些功能協助確保資料在傳輸過程中的完整性和可靠性，並提供對潛在攻擊和通訊問題的檢測和保護。 每個A-PHY的連接，使用一個有時間限制的PHY層級的本地重傳機制（RTS），用於恢復損壞的A-Packet，確保連接的穩定性，對上層協定層完全透明；該RTS機制對電磁干擾（EMI）具有極高的免疫能力，而RTS機制的低開銷則有助於A-PHY在3、4和5檔等上層速度檔位，實現約90%的效能，這種效率比許多其他協定更高。這一機制確保了在A-PHY連接中封包的可靠傳輸和良好的性能表現。 在MASS堆疊的更高層中，MIPI CSE和MIPI DSE服務擴展規範為攝影機和顯示協定增加了功能安全性，這使得從感測器資料源到ECU資料接收器（包括可選擇的橋接傳輸），以及從ECU資料源到顯示面板資料接收器（包括可選擇的橋接傳輸）實現了"端對端"的資料保護。 資料安全 MASS整合了安全功能，MIPI DSE的初始版本支援顯示器的HDCP，為MIPI DSI-2顯示資料提供端對端的內容保護，並為VESA eDP/DP顯示資料提供橋接器間 (bridge-to-bridge) 的資料保護。 未來的CSE和DSE規範將於2022年中期推出，並新增額外的安全功能，這些更新將引入端對端安全機制，包括；身份驗證、機密性（加密）、資料完整性、和重播攻擊保護。 MASS規範的一致性測試套件 MIPI Alliance已經開發了一致性測試套件（CTS）來確保基於MIPI規範的產品之間的互通性以及測試工具和環境的可用性，這些測試套件主要幫助開發者評估其產品的一致性，重要的是要認識到，MIPI並不批准或證明任何產品符合其規範，並且目前並未定義官方的資格認證計劃。 目前，MIPI成員可以使用符合C-PHY、D-PHY和CSI-2的一致性測試套件，對於CCS，符合性測試套件已在MIPI網站上公開提供給成員和非成員。 而A-PHY、DSI-2和DCS的一致性測試套件正在開發中。 結論 現今汽車科技發展迅速，電子元件對新車設計和成功扮演著至關重要的角色，先進駕駛輔助系統（ADAS）和車載娛樂平台不斷演進，自動駕駛系統（ADS）成為開發的重點，這些創新需要更多攝影機、傳感器、顯示器和運算資源，供應商生態系統也在不斷壯大，連接這些元件的資料介面在安全和保密方面至關重要，標準化和互通性對於汽車創新至關重要。 MIPI聯盟透過MIPI車用串行解決方案（MASS）來呼應這些應用，該解決方案提供了端到端的連接解決方案，包括：攝影機、傳感器和顯示器等越來越多的汽車應用所需的完整連接性方案，這些解決方案在協定層面內建了前所未有的功能安全和資料安全性功能，將幫助汽車製造商整合新興的安全功能，例如：低延遲的倒車攝影機、車道保持、和標誌檢測傳感器，以及360度攝像頭、雷射雷達和雷達系統，MASS還支援多個高解析度的儀表、控制和娛樂顯示器的整合。 附錄 A - MASS使用案例 後方備用攝影機和儀表板顯示螢幕 一個安裝在車輛後方的攝影機，提供後方即時影音，並將其傳輸到高清顯示器上，以提醒駕駛員車輛行進路徑上的行人或其他物體，攝像頭使用MIPI CSI-2透過MIPI A-PHY直接將影像資料串流傳輸到一個ECU上，ECU在處理數據後，使用MIPI DSI-2或VESA eDP/DP直接透過MIPI A-PHY將即時影音串流傳輸到駕駛台上的顯示器上。 車道保持攝影機 在車輛前方安裝了高解析度的MIPI CSI-2攝影機和其他感測器，用於即時捕捉道路標線的影像，在某些情況下，攝影機/感測器模組可能會進行一些預先處理，以確定車輛在車道中的位置，影像資料透過MIPI A-PHY上的MIPI CSI-2傳輸到電子控制單元（ECU），ECU從多個攝影機/感測器接收資料，進行感測器融合，以實現先進的駕駛輔助系統和即時決策。 在圖12所示的兩種配置中，從資料來源到資料接收端實施了功能安全性和資料安全功能，以確保極低的錯誤率並提供對故意、或非故意篡改的端到端保護，這些封閉迴路的MASS實現確保了影像傳感器和/或顯示器的可靠工作，這對於這些類型的安全關鍵性應用非常重要；在這兩種配置中，A-PHY的低延遲和高資料速率在嚴格的時序要求下，實現了高品質的影像傳輸。 原文網址與下載：MIPI Alliance 關於 MIPI Alliance MIPI Alliance（MIPI）是為行動和行動應用關聯性 (mobile-influenced) 的產業開發介面規範的組織，每一款現代智慧手機都至少使用了一項MIPI規範；MIPI聯盟成立於2003年，即將迎來其20週年慶典，該組織擁有超過375家全球會員公司和15個活躍的工作小組，致力於為廣大的行動生態系統提供規範；組織的成員包括：手機製造商、設備原始設計製造商（OEM）、軟體供應商、半導體公司、應用處理器開發商、IP工具供應商、汽車製造商和Tier 1供應商、測試儀器商，以及相機、平板電腦和筆記型電腦製造商等；欲了解更多資訊，請至 www.mipi.org。

汽車產業正處於一場革命的邊緣，嵌入式系統的快速發展正推動著這股浪潮。這些複雜且電腦化的元件正在改變整個產業的面貌，為未來打下堅實的基礎，使車輛變得更加智慧、安全和高效；嵌入式系統是專為特定任務而設計的專用電腦系統，具有即時計算限制，它們被嵌入在車輛的各個裝置中，包括硬體和機械組件，這些系統在汽車領域中扮演著重要角色，掌控著引擎管理、變速控制、導航、和娛樂系統等多種功能。 嵌入式系統的整合已經對汽車產業帶來了顯著的影響，它們推動了先進駕駛輔助系統（ADAS）的發展，提升了車輛的安全性和駕駛者的舒適度，ADAS功能包括自適應巡航控制、車道偏移警示、和自動緊急煞車等，這些功能依賴感測器和攝影機即時監測車輛周圍的環境，迅速做出決策，極大地降低了事故風險。 而嵌入式系統也是實現自動駕駛車輛的核心驅動力。自動駕駛車輛依賴這些系統來解讀感測器數據、做出決策和控制車輛的行動。它們像是車輛的智慧大腦，能夠即時處理龐大的資料量，以安全和高效的方式應對複雜的交通環境；這些嵌入式系統的持續進步和創新正在推動汽車產業邁向一個全新的境界；未來，我們可以期待著更加智慧且高度自動化的車輛，為我們提供更安全、更舒適的駕乘體驗。 我們都知道，自動駕駛車輛是未來的交通方式，Google 旗下的Waymo自動駕駛車輛已經行駛了近 200 萬英里，而Google的測試甚至是已組成一支自動駕駛車隊，包括Toyota Prii、Audi TT等車輛，在加州街道和高速公路行駛超過14萬英里進行實驗；其他汽車製造商，目前正在開發和/或測試自動駕駛車輛的公司包括：Tesla、Audi、BMW、Ford、Google、General Motors、Volkswagen 以及 Volvo等。尤其Tesla執行長Elon Musk於2023.07.06上海舉辦的世界人工智能大會（WAIC 2023）宣稱於2023年底有望讓旗下產品達到Level 4 & 5全自動駕駛。外界了解此創舉無疑和透過與TSMC合作5nm製程和CoWoS先進封裝技術而誕生的Hardware 4.0加上新版FSD軟體有關。無論是Tesla以及其他車廠對於全自動駕駛車輛的實現無疑需要依賴多個嵌入式系統的協同工作。 根據預測，2021年全球自動駕駛汽車產業價值達到2025億美元，預計在預測期間以每年13.9%的複合年增長率持續增長。自動駕駛汽車市場呈現相對集中的趨勢，從硬體到軟體的汽車相關產業都將關注並參與自動駕駛技術的積極發展趨勢。 嵌入式系統是專為特定任務而開發和編程的計算機系統，其中包含一組感測器的中央處理器（CPU）；與其他計算機不同，嵌入式系統的編碼無法更改，操作系統無法自定義，它被設計為接收訊息並根據該訊息執行其所設計的任務；嵌入式系統廣泛應用於各個產業，但在交通運輸領域的應用可能最為引人注目。 嵌入式系統與自動駕駛車輛 自動駕駛車輛需要擁有一切必要的技術，讓它們能夠全面感知周圍環境並對環境變化做出反應，這些車輛需要理解如何以最安全的方式應對行人、道路上的其他車輛、道路障礙物、和其他駕駛風險；同時，它們還需要考慮天氣變化，例如：如果突然下起大雨或下雪，自動駕駛車輛需要確切知道如何在這樣的環境中安全行駛。 嵌入式系統是自動駕駛車輛接收和正確反應訊息的唯一途徑，車輛中已經內置了數百個嵌入式系統，您可能甚至沒有察覺到它們的存在，氣候控制、排放監測、內建安全系統等功能，都由嵌入式系統控制；某些車輛中擁有非常先進的嵌入式系統，這些系統與將用於自動駕駛車輛的系統非常相似，例如：福特的Co-Pilot 360自適應巡航控制（ACC）系統，可幫助車輛保持與前方車輛的安全距離；然而，對於自動駕駛車輛來說，有一些特定的嵌入式系統將對其成功起著至關重要的作用。 全自動駕駛車輛中重要的嵌入式系統 雖然全自動駕駛車輛與現今的車輛目前所擁有的嵌入式系統很多雷同，但有一些特定的系統對於全自動駕駛車輛來說將更為重要，絕對不可或缺。 全球定位系統（GPS）： 由於全自動駕駛車輛沒有人員駕駛員，因此在行駛過程中需要自主思考，為了讓自動駕駛車輛從起點到達目的地，必須搭載全球定位系統（GPS）。GPS依賴至少四顆GPS衛星發射的信號。這些訊號使車輛能夠知道自身的位置、速度和行駛方向。這些資訊有助於車輛以相對於周圍車輛安全的速度行駛。 許多GPS裝置變得更加準確，還能監測交通情況並尋找更快的路線，以節省乘客的時間；然而，困難之處在於有時GPS可能會受到無線干擾，或者在環境中被高樓大廈等因素阻擋或扭曲，還有其他用於導航的嵌入式系統正在開發中，例如：車輛慣性測量系統 - 陀螺儀、加速度計和其他裝置，它們能夠補充GPS的功能，這些系統共同確保車輛始終知道自身的當前位置，並確切知道如何到達乘客所需的目的地。 雷達系統： 雷達已經在許多搭載自適應巡航控制（ACC, Adaptive Cruise Control）嵌入式系統、或盲點偵測系統的車輛中使用，但全自動駕駛車輛將需要更全面的雷達系統，包括前向和後向雷達系統，以提供車輛周圍物體的訊息，當物體過於靠近時，它將通知車輛，以便車輛能夠相應地做出反應；24GHz雷達通常安裝在前後保險槓附近或內部，已經在車輛中用於短距離和中距離碰撞避免、自動停車、和盲點偵測；然而，在自動駕駛車輛中，雷達系統將需要更先進的技術，汽車製造商將需要採用77GHz雷達，以便能夠檢測更遠距離的障礙物。 前視攝影機與其他感測器： 前視攝影機以及雷達將共同合作，為車輛提供更多有關周圍環境的訊息，這不僅能夠幫助車輛識別任何障礙物，還能告知車輛交通標誌或訊號燈、路口以及其他必要訊息，讓車輛能夠與道路上的其他車輛正確互動；單單靠雷達無法檢測這些訊息，因此汽車製造商需要發展前視攝影機，以收集這些訊息，並且其他嵌入式系統將根據這些訊息精確計算出車輛應該採取的行動。 Google還使用了光學雷達（LIDAR）等其他感測器，能夠構建三維影像並計算車輛前方物體的距離；特斯拉目前的自動駕駛系統使用聲納來偵測車輛附近16英尺的物體，這些感測器與雷達一起作動，創建了一個準確的車輛周圍環境影像。只要提供給車輛的訊息越多，乘客的乘車安全性就越高。 數位控制、高精準度煞車系統： 安全性方面，煞車系統扮演著極為重要的角色，與其他收集資訊的嵌入式系統不同，這種嵌入式安全系統根據所收到的資訊做出反應，您的煞車系統需要考慮道路上的任何障礙物，並納入因天氣變化導致的危險路況；雖然已搭載自適應巡航控制系統的汽車已經具備數位控制的煞車系統，但自駕汽車中的系統需要高度精準，能夠根據其他嵌入式系統提供的所有資訊進行煞車操作。 自動駕駛車輛中的嵌入式系統未來展望 在自動駕駛車輛中，還需要使用更多的嵌入式系統，包括處理方向盤和速度調節的系統；由於早期原型的不完善，嵌入式系統的開發通常需要很長時間，隨著技術的進步，它們將繼續開發嵌入式系統，以提升乘客的乘車體驗，工程師們已經致力於使這些嵌入式系統整合一起作動，以使自動駕駛車輛盡可能節省燃油或電能。 隨著越來越多的汽車製造商開始開發更多的自動駕駛車輛，工程師們將有能力創造能讓每輛自動駕駛車輛互相溝通的嵌入式系統，這將使駕駛更安全、更高效；這些車輛互動可能包括自駕車能夠以減少阻力且更具空氣動力學的方式保持特定距離，使所有汽車更節能；此外，它們將能夠與其他汽車進行通訊，以便一輛汽車可以通知其他汽車需要前方煞車，科學家正在研究每輛汽車可以透過連線工作，來幫助每個人更快更安全到達目的地。而工程師們也正根據這些策略開發技術，來完善全自動駕駛車輛的嵌入式系統。 Total Phase提供的產品，以幫助任何嵌入式系統工程師為汽車產業創建功能性系統，例如：Komodo CAN Duo 封包產生器/協定分析儀，如果您想了解更多關於汽車中的嵌入式系統以及如何監測和測試它們的訊號，請點擊下方連結，如果您需要更多資訊，歡迎與我們聯繫。 延伸閱讀 Total Phase CAN協定分析儀 > 瀏覽 Total Phase 所有技術文章 > 其他車用解決方案 Marlin A200 A-PHY 協定分析儀 Protocol Insight 推出全新的 Marlin A200 A-PHY 協定分析儀和測試工具，具備產業領先的分析儀功能，提供了上行和下行流量的時間相關封包以及封包統計訊息，Marlin 封包產生器 (exerciser) 支援流量產生，並具備錯誤注入功能，可實現接收端或發送端的模擬、和CTS一致性驗證。 ESRP EMI測試接收儀 汽車供應商和製造商可透過 R&S ESRP 根據 CISPR 25產品系列標準進行測試，ESRP 可以在在高達1 GHz 量測頻寬為 9 kHz（–6 dB）的情況下執行量測，在步進頻率掃描模式下，使用4 kHz的步進量來提供無縫的量測，對於10 ms 的量測時間，甚至可以記錄下重複頻率約為 100 Hz 的脈衝。 RTH 手持式隔離型示波器系列 RTH 提供 60MHz、100MHz、200MHz、350MHz 和 500MHz 的頻寬以及 2 或 4 通道選擇；配置 9 位元的 ADC、高達 5 GS/s 的取樣率以及 500Kpts 儲存深度；支援串列協定測試，包括 I2C/SPI、UART、CAN/LIN、CAN-FD、SENT協定分析，可用於傳統實驗室、行動應用以及汽車電子領域。

自從光通訊邁入10G以來，隨著插入式相干光學模組的使用，客戶端和線路端的考慮因素開始結合，最明顯的例子是光訊號對雜訊比（OSNR）及相關量測；對於任何有可能在放大系統中使用的模組，OSNR成為了評估訊號品質和性能損失的基本指標；重要的是，OSNR與光子特性的其他相關性，在開發的早期階段必須得到解決，因為OSNR與矽 (silicon) 內部的DSP功能和韌體密切相關，因為DSP負責處理光訊號和雜訊、計算OSNR值，而韌體則控制和管理DSP功能；這些元素共同協作，確保光學模組能夠提供優質的訊號處理和最佳的系統性能。 與OSNR密切相關的還有其他測量參數，例如：誤差向量幅度（EVM）和前向錯誤更正（FEC）前的誤碼率（BER），這些都是需要由相干光接收器準確且一致地報告的重要參數，並且對DSP、韌體、以及模組微控制器編碼產生影響。 這些功能的開發和驗證需要對OSNR所涉及的光子學有扎實的理解，它絕對比傳統客戶端光學所需的簡單光訊號水平量測更為複雜；我與 VIAVI Solutions 光學測試單位的Matt Adams進行了一段時間的交談，他和他的團隊負責全球相干光學測試臺上的MAP光學產品系列，以下是我們交談中的一些重要要點，以問答形式呈現。 問：我經常聽到OSNR這個術語，並且對電子領域中的訊噪比（SNR）一詞很熟悉，你能解釋一下OSNR的基本概念，尤其是在相干光學領域中的應用嗎？ 答：簡單來說，OSNR是衡量「期望的」訊號功率與雜訊之間關係的一個指標，它以功率比的形式表示，通常使用分貝（dB）作為單位；同時，確定量測的頻寬解析度和波長範圍是很重要的，以限制訊號和雜訊功率的範圍，訊噪比越高（越好），鏈路品質就越好，更重要的是我們期望位元錯誤率越低。對於給定的編碼和調製方案，可以使用圖表從給定的OSNR估計鏈路的位元錯誤率（BER）。 OSNR也可以被視為描述訊號範圍、或訊號透過光放大器進行放大的次數或段數的另一種方式；每個光放大器都有其放大能力的限制，其中一個關鍵因素就是OSNR，OSNR限制是指當訊號的光訊噪比（訊號功率與雜訊功率的比值）達到特定值時，放大器無法有效放大訊號的情況，在那之後，您必須進行電訊號再生，來恢復和增強訊號的品質，以保證訊號的可靠傳輸。。 OSNR也成為評估其他潛在影響所導致的懲罰的關鍵指標；例如，如果您有一個0.5 dB的OSNR色散懲罰，這表示在存在一定量的色散情況下，您必須放棄一定量的OSNR以克服這個問題。 問：如何產生「參考」OSNR水平，是否存在任何陷阱？ 答：VIAVI模組化的MAP系統 其靈活性使我們能夠建立一個OSNR產生器，用於光學系統中以調整所需的OSNR；我們透過使用寬頻光源、衰減器、和寬頻耦合器在發射器的訊號路徑上「添加」雜訊來實現這一點；我們使用衰減器來精確控制注入雜訊的水平，精度遠高於0.01 dB；我們使用光譜分析儀來量測初始的OSNR，在那之後，我們可以依賴衰減器的校準來精確調整水平。如果我們衰減1 dB，那麼OSNR將變化1 dB。 在進行這個過程時，有幾件事情需要注意，您要確保使用由ASE產生的雜訊源，這樣，您就知道您注入的是一個去偏振的訊號，且它的特性最接近於在網路放大器中產生的雜訊，雜訊源應該是平坦的，並且沒有週期接近通道帶寬的漣波結構；如果不注意這點，對頻道中的雜訊功率進行內插 (通常使用線性插值或更複雜的插值算法，如多項式插值或樣條插值)會很容易出錯，特別是在雜訊功率數點之間的頻率範圍內，因此需要謹慎使用內插結果並進行相應的誤差估計；最後需要記住的一點是，OSNR幾乎總是在存在一個DWDM（密集波分復用）濾波器的情況下進行測量，DWDM濾波器在OSNR測量中起到了選擇特定頻道、排除非目標訊號、和減少雜訊干擾的作用，因此幾乎總是在進行OSNR量測時使用；因此，雖然不是注入OSNR的關鍵，但在接收器之前的某個點需要一個可調式濾波器。 進行高度規劃這絕對是必要的，以確保您可以涵蓋您希望測試的完整OSNR範圍，這將取決於發射端的初始發射功率、和直接從模組傳輸訊號的初始OSNR；一方面，當您接近雜訊底噪時，衰減器無法再線性地控制OSNR；另一方面，您需要了解載波的峰值功率，以確保混合足夠的功率以實現所需的劣化效果。 透過一些事前規劃，這些問題相對容易克服，VIAVI 的MAP系統 已經進行這類測試一段時間了。 問：我們如何測量OSNR？我該如何驗證正在開發模組的DSP功能和韌體的一致性和準確性？ 答：有許多的方法可以來量測OSNR，選擇正確的技術以適應不同的環境是很重要的；這會出現了一些挑戰，但基本上都歸結於首先找到雜訊水平，然後進行量測；隨著提高光譜效率的推動，DWDM濾波器頻道內幾乎沒有空間單獨量測雜訊，調製的載波完全填滿了頻道；雜訊存在，但在傳統的光譜分析儀上無法看到它。 為了解決這個問題，我們首先需要考慮應用場景，這是單一頻道還是完整的DWDM系統？這是在現場還是實驗室、或生產環境中？在具有即時流量的完整DWDM系統中，VIAVI已經開創了SCorM方法，這是一種使用光譜相關分析、和超高精度相干光譜分析儀的創新測量方法；該方法不需要對訊號進行任何干預或操控，因此非常適合即時流量的場景。對於其他情況下的應用，例如製造環境，我們可以臨時改變DWDM濾波器的頻寬，或者只測量單一頻道，在這些情況下，可以透過遠離載波找到雜訊底噪，並且可以使用更傳統的測量方法；關鍵在於在這些情況下要意識到，您可能需要調整濾波器的形狀以實現量測，並確保選擇一個能夠改變其頻寬的濾波器。 謝謝您的這些回答，Matt！如果您對相干模組開發、測試和驗證等相關主題有任何問題，請立即與我們聯繫 - 翔宇科技為 VIAVI Solutions – Elite Partner – 最高等級的代理商，我們可以幫助您輕鬆應對這些模組的所有複雜性，並協助您順利推進產品的發展。 VIAVI ONT 800G DCO模組，這是全球首個完整的CFP2 DCO和QSFP-DD ZR/相干開發、測試和驗證解決方案。 延伸閱讀 瀏覽 VIAVI Solutions 所有技術文章 > 光通訊網路傳輸驗證測試總覽 > 翔宇科技代理了各種光通訊測試解決方案，涵蓋 800 / 400 / 200 / 100 / 50 / 40 / 25 / 10 / 1 GbE 光通訊傳輸，提供 PHY / FEC / PCS / MAC 層的關鍵功能測試、壓力測試、分析及告警。

在400G光學模組開發和測試中面臨各種挑戰和需求，包括高速訊號傳輸、測試良率、穩定時間、光學切換以及空間利用，這些因素對於確保高產量、高品質、和成本效益的光學模組生產非常重要。 在400G QSFP-DD的開發初期，400G光學模組已經帶來了巨大的研發挑戰，PAM-4（Pulse Amplitude Modulation-4）的高速訊號傳輸技術，在光學和電氣領域中，需要調試模組韌體、和數位訊號處理 (DSP)韌體之間的交互作用。 在光學領域，PAM-4技術將資料以光訊號的形式傳輸，這涉及使用高速調變技術將數位訊號轉換為相應的光脈衝，這些光脈衝以特定的強度和時間間隔來表示不同的數位資料。在電氣領域，PAM-4技術則是在電訊號層面上實現，類似於光學領域，PAM-4透過調變電訊號的振幅，來表示不同的數位資料，這要求高速電路和傳輸介質能夠支援高頻率的訊號傳輸。調變模組韌體是指用於控制調變過程的軟體程式，它負責對資料進行PAM-4調變和解調，確保正確的訊號傳輸和接收。數位訊號處理（DSP）韌體則是負責在數位域中，對接收到的訊號進行處理和解碼。它可以對接收到的PAM-4訊號進行等化、時序修正、誤碼校正等操作，以確保正確的數據恢復。 這些都是明顯的例子，更不用說最新興的光學模組管理標準CMIS 4.0所帶來的新挑戰了。 當然，400G客戶端光學模組在另一個關鍵方面也有所不同，400G客戶端光學模組需要在初代產品中就能夠提供具有競爭力的價格，而不需要像100G及以下的模組那樣，經過多個發展週期才能達到價格和量產的要求；在100G及以下的速率下，該產業往往需要經歷數個周期和形式因素，才能確定「大眾市場」和超高競爭的價格/量產需求；因此，如今每Gbit大約1美元是100G插件的衡量標準（當然，實際情況可能有所不同），這經過了大約10年的發展和形式因素——CFP、CFP2、CFP4，和現在的QSFP28。 光學模組的成功，除了研發團隊承擔重要的工作外，另一個關鍵群體正在另一個領域努力工作，NPI（新產品導入）或生產測試工程師需要開發一個測試架構概念，以滿足校準和驗證模組的技術量測需求，同時實現產能、在單位時間內能夠處理和完成的測試數量或工作量、和成本目標；測試架構的成功（或失敗）很大程度上取決於光子自動化層、將測試訊號在正確的時間以正確的電平和光子特性傳送到正確端口的能力。如果不仔細考慮排序、路由和測量時間，測試架構將變成資本支出的陷阱和耗費時間和金錢的生產瓶頸；更糟糕的是，對於量測不確定性的管理不當會損害產品品質，最終損害客戶信心，任何一個問題都可能導致商業失敗。因此，NPI或生產測試工程師需要在開發測試架構時仔細思考，確保序列、路由和測量時間的合理性，以克服測試架構可能遇到的挑戰，並確保高品質的測試和驗證；這將有助於確保光學模組的量產順利進行，並確保測試流程能夠有效地滿足技術要求，同時實現生產目標和成本效益。 今天我和我們 VIAVI MAP產品系列 的產品線管理者Matt Adams以及他的團隊進行了交談，他們對光子學測試架構的知識非常豐富！ 問題：測試架設構的關鍵方面之一是產能，你能否詳細說明在典型的光學測試儀器中，哪些因素對高產出可以有所貢獻？ 回答：測試站通量有很多方面的考慮。 首先且最重要的是，沒有什麼比低測試良率更能影響產能了，隨著資料速率和波特率 (baud-rates) 的提高，測試裕度 (test margins) 減小，測試站的重復性和準確性至關重要，為了節省時間和成本，不應該選擇會導致錯誤失敗（和測試結果顯示為異常或不合格）的捷徑，這樣會導致模組被多次測試，並需要進行昂貴的高階故障排除；做一次，且做對更重要。 相關的因素是穩定時間，可以將光學測試的用途看作是PHY模擬器；最簡單的例子是移動可變光衰減器（VOA）以改變衰減（對於更高階的模擬，可能需要其他3或4個元素，模擬更複雜的光學場景、或模擬真實環境中的光學特性）；如果測試速度過快，光學瞬變(optical transients)會增加不確定性，你需要關注的不僅僅是狀態變化的速度，還有穩定的速度，而穩定時間往往很難單獨分析，最終成為浪費時間的主要原因。 最後是光開關，如果正確使用，切換是解鎖未充分利用的資本的關鍵，它可以使測試在DUT（待測物件）、或甚至測試站之間共享，切換是控制測試排序和負載平衡的關鍵，對於產量至關重要，例如，如果需要更改溫度，切換是一種工具，它可以使測試站繼續進行其他DUT的測試，並在穩定後返回；切換通常可以在後期根據產量增加時添加，但前提是在最初考慮到它；由於光開關本身的特性，會造成光訊號的強度降低，儘管每個切換動作的損耗可能很小，但隨著測試過程中的多次切換，這些小的損耗將累加起來，如果測試訊號強度不足，就無法進行測試了。 問題：在測試台上，空間利用率為什麼如此重要？ 回答：機櫃高度是關鍵指標，一旦測試站需要佔用兩個機櫃，製造過程中所需的地板空間實際上將增加一倍，相應的成本也會增加，合約製造費用也會增加，最糟糕的情況下，您可能需要增加實際的地面空間；我們的目標是，MAP產品線 的解決方案比傳統方法的高度低一半，小尺寸還有其他成本效益，尤其在全球製造環境中，例如運輸成本；將一個大型配置完整的機櫃，從研發或製造基地 (NPI) 將產品運送到合約製造商（CM，Contract Manufacturer）的地點，可能需要花費10,000美元或更多，如果有兩個機櫃，這個成本顯然會翻倍。 問題：您是否認為可插拔相干光學模組會對光學測試台的產能提出新的需求？ 回答：可插拔相干光學模組現在以具有激進的價格期望進入市場，但相較於傳統的客戶端光學模組，其測試需求更加嚴格，除了仍然需要進行基於衰減的簡單測試以校準監控光電二極管外，更核心的符合度指標則是複雜的光訊噪比（OSNR）；視具體變體而定，還需要考慮極化抖動和ROADM濾波器塑形等潛在的PHY層仿真需求。 這些測試需要在多個波長和可能的多個溫度下進行，這導致了測試案例數量的急劇增加，進一步加大了我們首要關注的方面 - 產能的成本效益，可插拔相干光學模組的測試需求對測試台的產能提出了新的挑戰，需要更高效的測試流程和更快速的測試速度，以應對大量的測試案例，確保產品的高效生產。 延伸閱讀 瀏覽 VIAVI Solutions 所有技術文章 > 光通訊網路傳輸驗證測試總覽 > 翔宇科技代理了各種光通訊測試解決方案，涵蓋 800 / 400 / 200 / 100 / 50 / 40 / 25 / 10 / 1 GbE 光通訊傳輸，提供 PHY / FEC / PCS / MAC 層的關鍵功能測試、壓力測試、分析及告警。

Viavi 將參與 9/23~9/25 於Dublin, Ireland舉辦的 ECOC 2019，並展示最新400GbE的測試解決方案(booth#66)，歡迎大家前往了解 http://bit.ly/30I4Gij

從Wi-Fi到Li-Fi：探索下一代高速網際網路接入的轉變 Wi-Fi，作為目前的無線網際網路接入標準，多年來為提供了我們良好服務與體驗；然而，隨著我們對數位連接的依賴程度增加，對於更快速、更可靠的網際網路接入的需求也隨之成長，Wi-Fi使用無線電波來傳輸資料，在速度和容量方面存在著一些限制；此外，它容易受到其他設備的干擾，並可能帶來安全風險。 下一代Wi-Fi — Wi-Fi 7各項產品，包含已上市的TP-Link router、下半年各家主機板即將推出的Intel Z790解決方案，和明年預定的iPhone 16系列也會導入Wi-Fi 7；然而，無線通訊的未來或許並非只有Wi-Fi 7，而將加入一個新的生力軍：名為Li-Fi的光線無線傳輸技術。 科技世界不斷演進，網際網路連接領域也不例外，隨著我們從Wi-Fi轉向Li-Fi，下一代高速網際網路接入，未來的數位通訊前景令人振奮。這個轉變承諾革新我們連接網際網路的方式，提供更快速的速度、更高效率和更安全的連線。 全新登場的Li-Fi，全名為光學保真技術（Light Fidelity），IEEE 已於2023年7月13日正式簽署Li-Fi標準定義為 802.11bb，其中Li-Fi的生態圈支持者包括Qualcomm提出的Smart Retail概念、Panasonic 的LinkRay技術、pureLiFi、Fraunhofer HHI和Light Communications 802.11bb Task Group等，它是一項突破性的技術，強調使用光線而非射頻（RF）的優勢，Li-Fi 利用可見光通訊（VLC）來傳輸資料。Li-Fi的原理非常獨特，它利用LED燈泡閃爍的特性來傳輸資料，當燈泡閃爍時，接收器能夠感知並解讀這些閃爍，從而轉換成資料訊號，將您的燈具轉化為高速網際網路接入點，這種高頻閃爍所帶來的數據傳輸速率相當驚人，這項技術有可能比Wi-Fi快100倍，實驗室條件下的速度可達每秒224 Gb。 然而，從Wi-Fi轉向Li-Fi不僅僅關乎速度，Li-Fi在效率和安全性方面也具有顯著的優勢；Li-Fi技術的高效性源於它的設計方式，相比Wi-Fi使用的無線電波，Li-Fi利用可見光通訊，這表示在資料傳輸過程中所需的能量更少，這不僅使Li-Fi成為一種綠色環保的選擇，同時也有助於降低能源消耗和碳排放。 Li-Fi的安全性，也是最大的優勢之一，光無法穿透牆壁，因此 Li-Fi訊號在室外無法被接收，使得連接更加私密和安全，這樣的特性有助於降低資料泄露和未授權訪問的風險，尤其對於擁有高度敏感資料的應用場景，如：企業、政府和醫療機構，具有顯著的優勢。 Li-Fi vs Wi-Fi Li-Fi技術： 以最低或無風險，為高速通訊帶來了全新的可能性 低成本的基礎設施建設 Wi-Fi透過發送和接收由裝置透過空氣傳輸的無線電波來運作，您需要特殊的裝置來發送和接收無線電信號，我們通常使用Wi-Fi路由器來實現這一目的，這並不是什麼高深複雜的技術。 但想想光線，光線無處不在，由於Li-Fi技術使用可見光通訊，我們所需要的裝置，僅是在現有燈泡中添加光學驅動器，這表示我們可以利用現有的照明設施來搭建高速無線通訊網路，而無需額外的龐大投資；這一特性使得Li-Fi成為一個非常具有吸引力的選擇，特別是在現有Wi-Fi基礎設施不足或需要擴展的場景下。 無輻射的安全性 與無線電波相關的健康風險一直是一個敏感問題，它可能會干擾一些敏感裝置，導致它們失效，這是大多數人不願意看到的；雖然目前尚無證據證明無線電波會對健康造成危害，但出於安全考慮，一些地方禁止使用無線電波；但對於Li-Fi，這樣的問題將不存在，因為光線無處不在，有光線的地方就有Li-Fi，因此也就有了網際網路接入，無需擔心由無線電波引起的輻射風險。 光線波不易受到干擾，因此Li-Fi可以作為非常快速的網際網路連接或資料來源，幾乎不會受到任何干擾或其他可能降低資料來源速度和便利性的因素的影響。 更好的資料密度管理 光線的使用可以更好地管理資料密度，無線電波從源頭向各個方向傳播，這表示無論資料的接收器位於範圍內的哪個位置，都可以連接到Wi-Fi網路，這在一定程度上提供了便利，但如果使用者只在固定位置連接網際網路，這也導致了能源的浪費，儘管新技術如波束成形（beamforming）在一定程度上可以緩解這個問題，但還不是完美的解決方案。 相較之下，想像一下可見光，我們可以將光線集中在一個點上，並透過使用物理障礙來有效地阻擋光線的散射，將光線集中在單一點上，我們不僅可以減少能源浪費，還能充分利用這束光的全部能量和資源，並避免將光線在其他不需要的方向上散射；此外，如果使用者在不同方向移動，可以使用特殊致動器來移動或旋轉光源，使得資料的傳輸更加靈活。 更好的安全性 Li-Fi技術的一個重大優勢在於更好的安全性，與Wi-Fi相比，Li-Fi在保障使用者隱私方面表現更優越；Wi-Fi使用的無線電波可以穿過牆壁和障礙物，這使得在Wi-Fi範圍內的攻擊者可以使用特殊工具截取資料訊號，造成安全風險；然而，光波並沒有這麼優越，除非您住在一個四周都是玻璃牆的宏偉建築物中，否則光波無法穿過牆壁，有時候，少即是多，這正是Li-Fi的魅力所在，除非攻擊者與使用者在同一個房間內，否則無法窺探網路或截取訊號，這使得Li-Fi在隱私保護方面更為安全可靠，這是Li-Fi在隱私方面相比Wi-Fi的一個顯著改進。 Li-Fi技術的限制或挑戰 然而，每種優秀的技術都會伴隨著一些自身的限制，儘管Li-Fi有其獨特的優勢，但也存在一些限制。 首先，Li-Fi的一個明顯限制是其範圍，Li-Fi訊號無法從一個房間傳播到另一個房間，這對於需要在廣泛區域內提供連接的應用場景而言是一個挑戰；然而，透過在不同房間使用光燈泡作為資料源頭並進行同步操作，可以部分緩解這個問題，而要透過光線穿過牆壁、或其他不透明障礙物來實現連接是不可行的。 光污染是另一個需要考慮的問題，如果在公共場所或其他存在多個光源的地方使用Li-Fi，這些光源可能會對光檢測器造成干擾，進而導致資料遺失、或在最壞的情況下完全斷開連接。 Li-Fi的歷史 Li-Fi的歷史可以追溯到2011年，當時愛丁堡大學行動通訊主席哈拉德·哈斯 (Harald Haas) 教授在TED全球演講中首次提及Li-Fi，哈斯教授被認為是這項技術的創始人，2013年9月，他的公司首次推出了全球第一個商業化Li-Fi技術。 Wireless data from every light bulb - TED 現在IEEE 802.11bb標準已經發佈，製造商將對這個生態系統更有信心，並開始在適合的場合整合這項技術，作為Li-Fi領域的重要參與者之一，pureLiFi已經為將其光天線ONE模組整合到連接裝置中做好了準備，這個長度為14.5毫米的組件（如下圖所示），目前正在提供給OEM廠商進行評估，該公司在廣宣中表示，與Wi-Fi相比，Li-Fi更適合實現更多連接而不拖慢速度，提供更高的安全性和隱私保護，並擔當最高頻寬任務的重要角色。 以下是Li-Fi歷史中的一些重要里程碑： Li-1st： 於市場上首次推出的Li-Fi技術 Li-Flame： 於2015年2月推出，是首個允許行動無線通訊的Li-Fi產品 PureLi-Fi和Lucibel： 由法國照明公司推出的世界首個工業化Li-Fi解決方案，並在多個地點安裝，包括微軟的巴黎總部。 Li-Fi-XC系統： 於2017年10月發布，是一個即插即用的系統，可與USB裝置配合使用，並有望融入未來的筆記本電腦、平板電腦或智慧家電中。 Li-Fi的可持續性 Li-Fi技術的可持續性是其一個重要優勢，因為Li-Fi不需要額外的裝置，如路由器、調變解調器、訊號中繼器、波形放大器和天線等，所以不會產生額外的成本；儘管目前Li-Fi還不能完全取代Wi-Fi作為連接性來源，但隨著消費者對快速網路接入需求的增加，以及對更節能環保的技術的需求，預測Li-Fi將在2022年初面向大眾推出，未來的家居和建築物可能會採用Li-Fi技術，進一步推動其普及和應用，隨著Li-Fi技術的發展和進步，它有望成為未來無線通訊的一個重要選擇，為人們提供更高效、更節能的資料傳輸解決方案。 Li-Fi（光通訊）市場預測 全球Li-Fi（光通訊）市場預計在2022年至2027年間將以驚人的速度成長，市場規模估計將增加7,325.58百萬美元，在預測期間內，市場的成長勢頭將保持在64.84％的年複合成長率，全球光通訊市場的主要成長趨勢是終端用戶應用的不斷增加，許多不同行業都能從使用光通訊系統中受益；此外，Li-Fi技術還在工礦業、石油天然氣、和石化等工業領域推動射頻通訊轉向的過程，以消除與安全相關的問題；華特迪士尼公司計劃利用Li-Fi技術來實現與玩具的互動通訊，因此，在預測期內，這些應用將確保Li-Fi技術在消費電子產業中得到迅速廣泛的應用。 Li-Fi（光通訊）市場中成長最快的市場區塊為何？ Li-Fi（光通訊）市場中，室內網路領域是成長最快的一個區塊，在預測期內，室內網路的市場份額成長將非常顯著，室內網路已經在全球光通訊（Li-Fi）市場中得到廣泛應用，尤其在零售和酒店行業，室內網路系統被用於提升顧客的購物和服務體驗，並提高所提供的價值；由於光的固有特性，Li-Fi網路不僅更為安全，而且更為節能，同時能夠提供比射頻通訊更高的網路資料傳輸速率。 室內網路在2017年的市場價值為6,123萬美元，並在2021年持續成長，這項技術以及室內定位應用程式的使用，將提高零售商的定向廣告能力，並增強其銷售業績；隨著LED使用率的快速增加，LED不僅能夠提供照明功能，還能同時用於通訊，為Li-Fi技術在室內照明領域帶來了獨特的應用機會；此外，低資料傳輸速率和對現有基礎設施的利用將大幅降低成本，同時，主要照明製造商，如通用電氣和飛利浦，對此技術表現出濃厚興趣，這將進一步推動該市場的發展。 然而，在室內光通訊網路中，每個燈光空間都可以充當光纖接入點（AP），如果這些接入點之間的距離很近，它們之間的干擾將變得不可避免，這個問題可能會顯著影響網路性能，從而阻礙室內網路應用市場的成長；然而，隨著技術的不斷進步和改進，這些問題有望得到解決，促進室內網路領域的進一步發展，因此，室內網路領域的快速成長將推動光通訊（Li-Fi）市場在預測期內實現更大的成長和潛力。 延伸閱讀 光通訊網路測試解決方案 > 翔宇科技代理了各種光通訊網路測試解決方案，包括：矽光子測試解決方案、800GbE、400 / 200 / 50 GbE、100 / 25 GbE、及 10 GbE 的高速乙太網路測試解決方案。 匯流排協定測試解決方案 > 翔宇科技代理了各種匯流排協定測試解決方案，包括：PCIe、NVMe、CXL、Serial Attached SCSI、Serial ATA、Fibre Channel、Ethernet、MIPI M-PHY、 UniPro、UFS、A-PHY、I3C、USB、CAN、I2C、SPI、eSPI 等測試工具。 滲透測試及網路測試解決方案 > NetAlly 透過簡化網路測試和資安評估的複雜性，為問題解決提供即時可見性，並促進現場人員與遠程專家之間的無縫協作，實現高效的協同工作

相干 (Coherent) 光傳輸正在革新光纖網路的設計和建構方式，透過先進的DSP引擎實現了現今的網路頻寬需求，日益增長的部署頻寬是透過兩個因素實現：每個通道的純波特率 (baud rate) / 資料速率增加，以及適應許多不同且不斷變化的網路拓撲的靈活性，為了實現當今網路所需的靈活性，這些DSP不僅可以即時適應各種網路損耗（例如：損耗、雜訊、距離、色散），而且可以報告它們正在補償的值，這大大簡化了網路規劃和監控的過程。 在光纖連接的設計和製造過程中，需要對各種物理層參數進行性能驗證，這些測試是透過一類稱為可程式化訊號調節元件的測試儀器來實現的，這些儀器可以單獨或成組地模擬光纖連接的物理參數，以穩定、可重複和適應性的方式進行模擬，這些測試儀器能夠確保光纖連接在不同條件下的性能穩定且可靠，並且能夠在廣泛的應用場景中進行可靠的測試和驗證。 隨著OIF和IEEE等組織公布相關的公共標準（例如 "Implementation Agreement 400ZR (OIF-400ZR-01.0)"，網址：www.oiforum.com），相干光學介面正準備進入下一波成長階段，並將持續向CFP2和QSFP-DD等可插拔規格發展，互操作性將成為一個期望，這進一步提升了在製造過程中進行的光學測試的重要性。 作為接續內容，本文件將探討光學測試需求中的特定關鍵要素，特別著重於物理層模擬；在最近的OIF 400ZR文件（OIF-400ZR-01.0）中，這些測試需求在第13條中詳細說明，各子條款定義了連結規範範圍，以及所需的合規性測試的詳細訊息，VIAVI Solutions MAP-300 正是實施這些測試的理想工具。 相干模組測試：訊號調節、控制和產生損傷 使用環回測試評估多路徑干擾（MPI）容忍度 光訊號調節元件是一類獨特的測試儀器，它們本身不進行量測，而是在受控且可重複的情況下，修改或干擾測試訊號，這使得其他儀器可以量測待測物或單元的響應，例如，在相干接收器的情況下，位元錯誤率測試（例如：由 VIAVI ONT-800 執行的測試）通常是用來了解受損的光訊號是否影響了待測單元 (UUT)，下圖顯示了一個簡化的範例（圖2）。 表 1 描述了需要進行模擬的重要光學網路損傷；一般而言，這些損傷可分為兩種類型：第一種類型是透過單一校準模組、或儀器來實現損傷功能；第二種類型是透過多個模組結合測試任務來實現；這些複雜的模擬損傷通常需要一定量的系統偏移、校準、或來自其他光學測試設備（如：光譜分析儀或光功率計）的反饋。 為了建立一個全面的測試套件，這些模組可以進一步整合到像MAP-300這樣的模組化平台中，一個相干模組測試序列可能涉及數百個測試案例，涵蓋多個波長、OSNR（光訊噪比）、接收功率和跨越距離，所產生的光學損傷級別的錯誤，會直接對UUT（待測單元）內的DSP（數位訊號處理）的訓練假設、監測精確性、以及報警功能產生影響，因此，精心選擇訊號調節儀器至關重要；表2為減少不確定性和成本的關鍵參數。 大多數迴路測試都是在相對測試模式下進行的，使用關鍵系統參數來評估由次要參數引起的 "懲罰"，例如：如果正在評估一個模組的多路徑干擾（MPI）容忍度，則會產生全範圍光訊噪比（OSNR）的同時調整次要參數（在這個案例中為MPI）達到目標範圍，如表1所述；MPI是一個複雜的損傷，它可以透過使用一段光纖分隔的兩個可變的反射模擬器來生成，可以為給定的MPI產生一個位元錯誤率（BER）輪廓線，可以推斷出在相同的MPI級別下實現相同的BER所需的OSNR之間的差異，這種差異通常被描述為克服損傷所需返還的OSNR，換句話說，就是懲罰。 在放大系統中，光訊噪比（OSNR）是一個關鍵的系統參數，在許多測試過程中作為主要指標，接下來的部分將回顧關鍵的測試細節。 光訊噪比模擬與相干模組測試 光訊噪比（OSNR）是相干介面性能的基本衡量指標，它意味著在電訊號產生之前的訊號總傳輸距離，它是評估其他損傷的影響（如色散、DGD、PDL等）的值；OSNR的測量已經標準化，可以在IEC 61280-2-9中找到。OSNR可以使用以下公式計算： 其中，S被定義為總訊號功率，N則是0.1nm頻寬內的雜訊功率，IEC 61280-2-9標準指導如何進行雜訊測量的內插方法 (interpolation method)。 由於相干介面需要在多種條件下運行（放大的段數、不同的光纖長度），測試工程師需要產生校準的OSNR數值，在製造測試系統中產生、控制、和快速變化OSNR準位是對每個待測單元（UUT）進行多次操作的工作。圖4顯示了兩種使用VIAVI MAP LightDirect模塊的簡單、有效且可校準的實現方式。VOA的位置可能會根據所需的確切OSNR準位而變化。 BBS提供的自發地放射光 (Spontaneous Emission) 可以被塑造和平坦化，並且被設計成與放大的光纖線系統中的雜訊光學特性匹配，它將被去偏振，並且在通道頻寬上應該具有平坦的光譜，應避免光譜紋波，因為這可能在內插雜訊值時產生誤差，使用圖4中的方塊圖，可以建立一個精確校準的OSNR生成系統。 在考慮初始測試系統設計時，需要注意幾個方面，當所需的光訊噪比（OSNR）接近未放大的發送端（TX）的初始準位時，OSNR的變化將作為衰減的函數變得非線性；如果您需要在此區域內存取數值，則需要在每次測試之前使用光譜分析儀（OSA）進行測量；然而，如果所需的OSNR仍然遠離該區域（通常> 10dB），則OSNR將直接與BBS VOA的值成正比，大大減少了OSA測量的需求；如果您將這個VOA調整1dB，那麼OSNR也會相應地變化1dB，減少OSA的使用可以降低測試週期和成本。 在開發OSNR測試範圍和可達到的載波功率時，初始測試系統設計必須考慮以下事項，如表3所示。 在具備產生OSNR產生和獨立控制接收器功率的基本能力的基礎上，以下章節將詳細介紹相干模組測試中兩個最常見的額外要素的需求和影響。 相干模組測試中的頻譜管理與OSNR控制 對於設計用於放大鏈路中的相干模組測試系統，可調節濾波器（Tunable Filter，簡稱 TBF）在其中發揮著關鍵作用，在這種情況下，接收器之前的最後一個元件必須是可調節濾波器，這些設備模擬了網路中的DWDM濾波器，確保只有帶內 (in-band) 的OSNR到達接收器，引入濾波器後，將引入額外的迴圈插入損耗；根據整體損耗預算，可能需要額外的放大，應選擇雜訊較低的放大器，額外添加的放大器雜訊將降低可達到的最大OSNR。 由於當今光纖網路中的波長靈活性，對儀器中可調節濾波器的要求變得越來越具有挑戰性，它必須模擬許多不同的網路環境，包括：DWDM濾波器形狀、ROADM節點通過情況、以及通道錯位效應，這些因素影響濾波器形狀、頻寬、和損耗；考慮到嚴格的容差和有限的保護頻段，濾波器的微小變化可能會影響通過的光譜內容，主要特性請參見表4。 可調濾波器技術的進步，使得新功能可以極大地簡化測試系統的整合，VIAVI mTFX可調濾波器是一個功能強大的混合設備，整合了光開關、衰減和功率計功能。 在提高光譜效率的驅動下，DWDM濾波通道內幾乎沒有空間單獨測量雜訊，調變的載波完全填充了通道，並從光譜分析儀中掩蓋了雜訊準位，這裡出現了幾個挑戰，但基本上都歸結為尋找和測量雜訊準位的問題。 在全DWDM系統中， VIAVI開創了非侵入式的光譜相關法（SCorM）- 一種使用光譜相關分析和超高精度相干光譜分析儀的創新測量方法，這種方法不需要對訊號進行干預或操控，因此非常適合用於實時流量的網路測試；對於製造應用，可以利用可調式頻寬功能暫時改變濾波器，在這種情況下，可以簡單地遠離載波以找到雜訊準位（在較寬的通道中），這使得傳統的OSNR測量成為可能，一旦完成OSNR驗證，濾波器可以恢復到指定的形狀，繼續進行符合性測試。 擁有可以設定OSNR並管理光譜的功能後，核心迴路測試系統已經建立完成。 相干光纖通訊中的偏振擾動與驗證測試 作為將資料傳輸速率提升兩倍的方法，相干發射機使用同一波長並具有正交偏振態的兩個訊號進行多工，在接收器使用數位補償演算法之前，必須將這些訊號進行解復用；然而，由於單模光纖中存在微小的殘留雙折射，偏振態將不斷變化；光纖中的雙折射將會變化，且確實會發生變化，隨著它的變化，接收器處的偏振態（SOP）也會跟著改變，相干接收器必須能夠即時處理這種情況。 擾偏加擾是一個獨特的損傷過程，與大多數其他工具不同的是，該工具必須模擬一個時間相關的過程和其統計特性，了解驅動儀器嘗試模擬行為的物理過程至關重要；雙折射可以以多種方式變化，根據其變化的速率分為幾個類別，其中有緩慢的變化，例如：溫度變化會導致光纖的膨脹和收縮，這些變化需要秒或分鐘的時間；也有較快的變化，例如：由於輕微的振動引起的變化，這些振動會導致光纖上的應力和應變發生變化，例如：風吹拂時的空中光纖電纜或車輛通過時的振動，這些變化的頻率可達Hz或KHz；最後，還有罕見但非常快速的變化，例如：由於非線性電光事件引起的變化，如閃電擊中光纖，這些干擾事件可能在MHz的範圍內極快地發生。 儘管SOP的變化通常以單純的速率（krad/s或Mrad/s）來描述，但這並未完全描述整個情況，因為光纖中這些微小的物理變化在數百甚至數千公里的範圍內累積；以統計方式思考訊號SOP的演變更有幫助，這種複雜性可以用兩種方式之一來描述：純隨機分佈，其中瞬時SOP可以等概率地轉變為任何其他SOP；或者使用瑞利概率密度函數來描述分佈，對於瑞利分佈，較小的SOP變化有較高的概率，而較大的狀態變化則偶爾出現；在這兩種情況下，如果觀察者等待足夠長的時間，所有狀態最終都會出現，能夠讓設計師在這兩種情況下驗證性能的測試系統至關重要。 無論選擇哪種統計方法，DSP（數位訊號處理）模組必須應對動態環境；首先，要對這些快速變化的偏振訊號進行解多路復用，然後對多種類型的色散進行補償。 除了純粹的擾偏外，還可以進行特定的應力測試，例如：可以將偏振狀態操控為“激進 (aggressive)”狀態，這可能意味著高光功率送入一組光電探測器，而另一組光電探測器上的光功率非常低，這將測試模組的動態範圍，包括：光子學、自動增益控制（AGC）和數位訊號處理（DSP）控制回路。 MAP系統可以被設定為快速在 "壓力狀態" 之間切換，並在不同統計分佈下驗證相干模組的穩定性，儀器中的偏振控制器必須能夠簡單而快速地在這些模式之間切換；最後一個使用案例涉及引入對SOP向量對齊具有偏振敏感性的系統損傷，這些損傷的例子包括DGD和PDL，在幾乎所有情況下，偏振擾偏器將與這些元件結合使用，以確保其存在的影響也是在由時間的變化和偏振控制器控制的統計權重下發生的。 憑藉對OSNR的控制、頻譜塑形、和統計性地變化偏振狀態的能力，測試工程師已擁有執行OIF和IEEE標準所定義的驗證測試所需的核心元件，還有其他涉及CD、DGD和PDL模擬的測試案例，但這些都將使用這三個關鍵組件，最後一個考慮的因素是將這些類型的測試系統準備好部署到製造中。 從驗證到製造：光學切換的關鍵角色 隨著設計從驗證階段轉入全面生產階段，許多相同的測試將仍然需要進行，測試點的數量將減少，並優化測試覆蓋範圍以節省時間，許多（即使不是全部）擾偏模擬模組仍然是必需的，一個新的關鍵元件是在光學開關之前的光學切換器，以實現多個待測單元的測試。 圖14中的範例顯示光學切換器用於控制多個待測單元（UUT）通過測試系統的順序，在測試一個UUT時，其他單元可以等待準備進行測試（例如：進行溫度穩定）或從測試夾具中裝載和卸載；圖15顯示了可能的測試順序，並比較了具有和不具有光學切換器的系統的循環時間，根據測試時間假設，該範例顯示循環時間減少了21.3%。 在這個例子中使用的切換器具有幾個關鍵特性，使其非常適合這個應用；它本身是一個雙工切換器，只需一個切換器即可同時移動TX和RX埠，這個切換器易於自動化，並且只佔用MAP-300中的一個額外槽位，它的插入損耗也非常低（<0.8 dB），在這個應用中，低插入損耗確保環回插入損耗不會大幅增加，因此RX功率範圍受到的影響最小；如果在測試系統的初始設計中注意到了對光學切換器的長期需求，額外的光功率可能已經在設計時考慮進去了。 能夠無縫地將測試系統移轉進入製造階段，而無需進行完整的重新設計，將大大縮短開發時間並降低工程成本。 MAP-300：全球光學製造商信賴的第三代光學測試平台 近期OIF 400ZR規範的第13章節包含了21個子條款，定義了在指定的物理層上，保證不同供應商之間互操作性並產生無誤差的流量所需的光學測試要求，MAP-300 及其 LightDirect 模組家族（表1）可在單一、緊湊、符合標準且易於自動化的平台上執行這些測試；在大多數情況下，MAP的部署比競爭方案中的混合系統解決方案節省35%至40%的空間；憑藉30年的光纖測試設計傳統和內部設計的光學元件（針對測試和測量應用進行了優化），VIAVI MAP LightDirect 模組家族是相干模組測試的重要支援者。 作為全球最大的光學開關產品組合，MAP 實現了研發到製造無縫地移轉，由於本身已經具有符合製造要求的功能和特性，可以直接應用於製造環境中，MAP-300節省了重新開發測試站所需的時間和資源。 作者：Matthew Adams, Sr. Product Manager, VIAVI Solutions 本文由VIAVI Solutions的資深產品經理Matthew Adams所撰寫，並取得了VIAVI Solutions的Maryam Alshehab和Paul Avison的相關貢獻。 延伸閱讀 瀏覽 VIAVI Solutions 所有技術文章 > 光通訊網路傳輸驗證測試總覽 > 翔宇科技代理了各種光通訊測試解決方案，涵蓋 800 / 400 / 200 / 100 / 50 / 40 / 25 / 10 / 1 GbE 光通訊傳輸，提供 PHY / FEC / PCS / MAC 層的關鍵功能測試、壓力測試、分析及告警。

常溫超導體被視為現代物理學「聖杯」之一，南韓研究團隊投下的震撼彈再次引爆物理學界，在一場近乎超現實的情境下，來自南韓的研究團隊最近公開了他們對一種新材料的研究結果，聲稱這是世界上首個在常壓環境下運作的常溫超導體 (Room-Temperature Superconductor)，這讓世界各地的科學家和科學愛好者陷入了震驚、興奮、和暫時的憤世嫉俗之中，到底他們的論文報告了什麼，這些發現是否屬實，如果屬實的話又會有什麼重大影響？ 超導體是可以零電阻導電的材料，在普通導體（如銅線）中，當電流流過它們時，由於電子相互碰撞和排斥，一些能量會以熱量的形式損失掉，但在超導體中，這種能量損失被完全消除，這使得它們成為極其高效的電導體，表示它們可以攜帶大量電力，而不會產生浪費的熱量或沿途損失能量；如果這一突破得到驗證，可能會徹底改變從電力傳輸、到醫學成像等各個產業；然而，科學界仍然保持謹慎態度，等待這篇論文得到進一步驗證。 研究人員聲稱創造出常溫超導體 研究論文常常登上報紙，宣稱對社會的重大改變的預測；然而，在這些故事中，從未有任何真正重要的東西出現在這些論文中，對研究的宏偉描述很快就會消失在無垠的深淵中。 然而，於2023年7月22日，韓國團隊在arXiv上發表了兩篇論文，聲稱他們的超導新材料 LK-99 (鉛磷灰石)“ 為人類開啟了一個新時代，他們透過混合幾種含有鉛、氧、硫和磷的化合物，並將它們置於極熱狀態幾個小時來製造 LK-99，這項宣稱引起了科學界的極大關注，研究人員聲稱，他們創造出一種在常溫和常壓下運作的超導體，這在過去被認為是不可能實現的壯舉；如果他們的主張經得起科學檢驗，那麼這項新工作將確實非同尋常，因此研究團隊的舉證責任同樣特殊；事實上，之前一些關於超導技術突破的報告後來被撤回，而其他團隊未能複制這些結果。 雖然先前已經設計出其他高溫度的超導體材料，但它們通常只在極端的壓力下運作，大多數超導材料必須處於非常低的溫度，通常接近絕對零（-459°F，-273°C）或非常高的壓力（超過大氣壓的 100,000 倍），才能表現出超導性，如同行星核心的壓力般；這表示它們無法實際應用；當前利用超導體的實際使用成本很高，它們用於關鍵應用，其獨特的性能超過了成本考慮，如醫學影像系統中的應用，包括：粒子加速器和核磁共振機 (MRI) 利用超導磁體產生強磁場，以進行詳細的醫學成像，使它們對於小型系統來說不切實際。 LK-99：聲稱的常溫超導體 研究人員所聲稱的是一種在高達攝氏100度（華氏212度）和常壓下運作的實用超導體，這種名為LK-99的新材料是一種由鉛、硫和銅組成的複合陶瓷；為了創造出這種新材料LK-99，研究人員混合了幾種含有鉛、氧、硫和磷的粉末化合物，然後在高溫下加熱數小時。這個過程產生了一種深灰色的固體；當他們在不同溫度下測量LK-99毫米級樣本的電阻率時，他們發現它從攝氏105度（華氏221度）的顯著正值急劇下降，直到攝氏30度（華氏86度）接近零。 LK-99的超導性通過臨界溫度（Tc, 超導轉變溫度，也就是超導體由正常態進入超導態的溫度）、零電阻率、臨界電流（Ic）、臨界磁場（Hc）和邁斯納效應表現出來，源於輕微的體積收縮引起的微小結構變形（ 0.48 %），不受溫度、壓力等外部因素影響，LK-99獨特的結構允許在界面中保持微小的扭曲結構，這是LK-99在室溫和環境壓力下保持並表現出超導性的最重要因素。 收縮是由Cu2+取代Pb(2)-磷酸鹽絕緣網路中的Pb2+(2)離子引起的，並產生應力，熱容結果表明新模型適合解釋LK-99的超導性，LK-99材料是一種改性鉛磷灰石晶體結構，其組成為Pb10−xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1)，採用固態方法合成，並表現出Pb(6s1)的歐姆金屬特性高於其超導臨界溫度Tc，以及低於Tc 的室溫和大氣壓下超導體的懸浮現象（邁斯納效應），LK-99 樣本顯示 Tc 高於 126.85∘C (400 K)。 這項所謂的發現之所以至關重要，是因為製造這種材料所需的設備便宜且易於取得，而且該論文中概述的指導步驟（尚未經過同行評審）易於遵循。 作為他們研究的證據，他們展示了兩段新超導體在常溫條件下運作的影片，其中包括在一個大磁鐵上的部分懸浮，根據研究人員的說法，他們材料的不純性導致了部分超導體，這表示他們的樣本無法實現完全懸浮（邁斯納效應 (Meissner effect)：超導體放置在傳統磁鐵上時會漂浮，即該材料從其內部排出磁場），LK-99 的部分懸浮過程被拍攝到現在正在瘋傳的視頻中。 從研究論文來看，乍看並沒有什麼不尋常的地方，例如，他們的數據和表格與一種具有超導特性的材料相符，這些數據和表格呈現出了超導性質材料的特徵，當溫度超過攝氏100度時，電阻急劇增加，更有趣的是，研究人員發布的其中一段影片確實顯示了邁斯納效應 (Meissner effect)；然而，這個扁平的硬幣狀材料只有一個邊緣完全懸浮，而另一個似乎仍與磁鐵接觸，根據金博士的說法，這是由於樣本存在不完美之處，這表示它只有部分部分會變成超導體，並呈現出邁斯納效應。 這些影片雖然引人入勝，但並不能明確證明超導性；然而它們確實為研究人員的宣稱添加了 “吸睛” 的要素，並在科學界引起了廣泛的討論；由於這項消息最近才發布，整個物理學界都在屏息以待，其他研究人員則嘗試模仿論文中公佈的結果，考慮到製造這種陶瓷只需要一兩天的時間，其他人很快就能驗證結果的真實性，或者將這篇論文視為科學異端。 科學界能夠驗證或否定這些發現的速度，證明了現代研究的快速節奏，這也強調了同行評審和獨立驗證在維護科學發現的完整性方面的重要性；研究人員的發現是否屬實很難判斷，但有一個積極的事實是，媒體並沒有爆出 "革命性新材料" 和 "綠色未來即將到來" 這類標題，表示媒體終於學會謹慎地處理新的進展和公告，會在發佈內容之前進行背景檢查和數據驗證。 專家對常溫超導體的看法 牛津大學的材料科學教授 Susannah Speller和Chris Grovenor對韓國研究人員的聲稱表示懷疑，他們認為當材料變成超導體時，在多個量測中應該會有明顯的超導特徵，包括兩個關鍵數據點——磁化強度變化和熱容量——在三人組提供的數據中並不明顯，「因此，現在說我們已經獲得了這些樣品中超導性的令人信服的證據還為時過早」Speller表示；他們補充說，這篇論文很有趣，但結果並不完全令人信服。 《New Scientist》諮詢的其他專家，對這些結果和數據也表示了類似的懷疑，一些專家提出擔憂，一些結果可能可以透過實驗程序中的錯誤以及LK-99樣本的不完美來解釋。 金博士及其同事引用的理論模型，解釋了為什麼這種新材料，可以在與所有先前材料非常不同的條件下進行超導，其中一名《New Scientist》採訪的研究人員對此表示質疑。 儘管存在懷疑，參與該研究的研究人員之一金炫德（Hyun-Tak Kim）認為，其他研究人員應該嘗試複製他們團隊的工作來解決問題；他表示，一旦這些研究結果在經過同行評審的期刊上發表，他將支持任何想要為自己創建和測試LK-99的人，與此同時，他和他的同事將繼續努力完善所謂的奇蹟超導體的樣本，並朝著大規模生產的方向邁進；金賢澤對於審查的開放態度以及他進一步完善工作的承諾是值得讚揚的。正是通過這種嚴格的過程，科學才能取得進步。 根據戴夫·瓊斯（Dave Jones）的說法，銅板的移動是由於倫茨定律 (Lenz’s Law)，即當變化的磁場在銅板中誘導出電流，並產生一個與原始磁場相對抗的磁場，雖然乍看之下可能是這種情況，但仔細觀察後，所謂的超導體在運動停止後迅速與磁場對齊，呈現出邁斯納效應的樣貌，這種運動微妙而迅速。 瓊斯的分析為研究人員的聲稱提供了有價值的對立觀點，這強調了科學研究中嚴格的審查的重要性，以及在提出如此重大的主張時需要清晰、明確的證據；其他人指出，在所謂的超導體中觀察到的懸浮，可能是由於磁遞減效應，這本身可能是實際的，但絕不是一種超導體；還應該指出，這篇論文本身存在一些錯誤，該論文的一名原始作者不同意發表該論文，這表明研究人員之間存在內部摩擦。 很可惜地，在論文公布26天後，2023年8月16日科學期刊《自然Nature》給予此次發表重重的一擊。曾任職於費米實驗室(Fermilab)的科學家丹·格里斯托(Dan Garisto)撰文表示：在最近的研究中，他匯總了連續幾天位於全球各大實驗室陸續研究的室溫超導實驗，將來自每個研究機構的數據結果匯整在一起，經過他的分析，揭示出了為什麼LK-99在某些方面表現出了類似超導的特性。就初步來說，世界各地科學家們的研究結果顯示，LK-99的特性來源並不是由於超導體性質，而是受到材料中雜質的影響，尤其是硫化亞銅Cu2S。這一結論也改變了對於LK-99是「室溫超導體的突破」的期望。加州大學戴維斯分校的凝聚態實驗家英娜·維希克(Inna Vishik)也表示：「我認為，大家這對於這個議題可以有一個明確的結論了。」 如果 ”聖杯” 超導問世，會有什麼影響呢？ 以目前結果來說，我們可能得很遺憾的表示，這數十天來大家興奮地期待得到了落空的結果；然而，如果這種材料被證明是一種超導體，其影響將是極大的，常溫超導體的潛在影響是不容小覷的；然而，同樣重要的是，在這些主張被徹底驗證之前，要以一定的懷疑態度來看待它們。 首先，開發出常溫超導體，將使得無損耗電力傳輸成為可能，從電網中的大型變壓器到行動裝置中使用的小型晶片，由於超導體中沒有電阻，電路中不會產生熱量，這不僅可以節省大量的能源（特別是用於電力分配），還可以延長設備在電池上的使用壽命；根據南加州大學電氣工程教授 Massoud Pedram 的估計，使用超導線，電網效率將提高約 20%，由於電線中的電阻，每年都會浪費大量能源（約9.49 億噸二氧化碳當量），缺乏阻力將有利於全球經濟和環境；據美國能源部稱，即使是這些高溫超導線，僅美國每年就可以節省數千億美元的能源分配成本。 其次，常溫超導體將能夠驅動無摩擦的交通運輸系統，主要是運行在軌道上的系統，這種運輸方式結合了飛機和鐵路的優點，使火車能夠以高速移動，同時不受軌道摩擦的影響，這不僅降低了這些交通工具的能源消耗，還能實現相對於傳統軌道系統的更高速度。 常溫超導體還將為醫學影像提供更便宜的解決方案，因為不再需要液氮、液氦，或者為了使這些系統運作所需的基礎設施，這將使得先進的掃描系統在醫療環境中更加普遍，從而增加了高品質醫療保健的機會。 常溫超導體的潛在益處遠不止於這些例子。它們可以徹底改變廣泛的產業和技術，從可再生能源到量子計算，目前許多量子計算實驗都依賴高溫超導體來操縱和存儲量子位，超導體對於量子位至關重要，因為它們表現出零電阻和高相干性，使它們能夠保持微妙的量子態，而不會受到外部影響或能量損失的任何干擾；有了室溫超導體，就不再需要將這些量子位封裝在昂貴且複雜的低溫冷卻系統中；此外，計算元件的阻力和能量損失最小化，資料中心的服務器也會經歷類似的速度提升，因此，嚴重依賴數據中心運營的企業，將體驗到效率的提高和成本的節省。 其他將從室溫超導體中獲得效率提升的技術，包括；電信基礎設施和物聯網設備，而傳感器（如醫學、製造和航太領域使用的傳感器）的靈敏度將會提高。韓國研究人員此次提出的聲稱無疑令人振奮，即便最終成果並沒有真的實現常溫超導，但或許也帶給科學界一個方向朝著新的目標研究，同時這也提醒我們嚴格的科學審查的重要性。只有通過仔細的驗證和複製，我們才能確定這些聲稱的真實性，並有可能開啟一個新的技術進步時代。 文章參考來源：techhq、Electropages 、EENew Europe

插入損耗 (Insertion loss) 是訊號在傳輸過程中，隨著通過電纜鏈路而損失能量的量，這是一種自然現象，在任何類型的傳輸中都會發生，無論是電力還是數據；這種訊號減少，也稱為衰減 (attenuation)，與電纜的長度直接相關 - 電纜越長，插入損耗越大，插入損耗還由沿著電纜鏈路的任何連接點引起（例如，連接器和接頭）。 插入損耗 (Insertion Loss) 公式 插入損耗是銅纜和光纖應用的關鍵性能參數，以分貝（dB）為單位進行量測，它通常是一個正數，透過比較訊號源端的輸入功率和遠端的輸出功率來計算得出；插入損耗越低，性能越好，如果插入損耗過高，它可能會阻止訊號在鏈路遠端的主動設備正確地接收和解讀，由於插入損耗與距離，和連接點的數量直接相關，產業標準對插入損耗極限值進行規定，並為特定應用指定了連接數量和距離限制。 插入損耗 vs. 回波損耗 vs. 反射損耗 與插入損耗一樣，回波損耗 (Return Loss) 是銅纜和光纖系統中的另一個重要參數，與量測鏈路上的損耗不同，回波損耗量測從訊號源端注入的功率與返回源端的反射功率之間的差異；與插入損耗一樣，回波損耗也是一個正數，然而，與插入損耗不同，回波損耗數值越高，性能越好；降低反射將導致回波損耗增加，換句話說，如果沒有訊號被反射，則回波損耗將是無窮大；更高的回波損耗通常也與較低的插入損耗相關；需要注意的是，在光纖應用中，回波損耗的倒數是反射 (Reflectance) 損耗，它量測由反射事件（例如連接器）產生的背向反射量與注入光量之間的差異，反射損耗也以分貝為單位，但是它是一個負數；更多關於回波損耗和反射損耗之間差異的資訊，可以參考我們的文章：深入探討光纖與銅纜的回波損耗 (Return Loss)。 光纖中的插入損耗 (Insertion Loss) 光纖纜線系統中的插入損耗遠小於銅纜，這也是為什麼光纖支援更長的距離和長程主幹應用的原因，例如，多模光纖在100米距離上僅損失約3％（0.3 dB）的原始訊號強度，而類別6A銅纜在相同距離上損失約94％（12 dB）的訊號強度；然而，特定光纖應用所能容忍的插入損耗也有極限值，而高頻寬應用則對損耗有更嚴格的要求，例如，10 Gb/s應用的10GBASE-SR在400米的多模光纖上，允許最大通道插入損耗為2.9 dB，而100 Gb/s應用的100GBASE-SR4僅允許最大1.5 dB的插入損耗。 光纖中的插入損耗 (Insertion Loss) 對於特定應用，基於產業標準所公布的最大插入損耗值，損耗預算會在設計階段的早期確定，以確保纜線系統不會超過最大規格限制；根據光纖和連接器的製造商規格，以及任何接頭或分光器的最大指定損耗，光纖插入損耗預算是透過將光纖長度以及通道中每個計劃的連接點的插入損耗相加計算出來的；同時，也需要根據設備製造商的規格考慮主動設備，基於發射器和接收器之間的差異，以及考慮到隨著發射器老化，可能會導致的隨時間的功率損失，而需要留有一定的餘地。 如何測試光纖系統的插入損耗 由於插入損耗是影響光纖鏈路支援特定應用能力的主要性能參數，根據產業標準，它是光纖認證測試的必要項目，像 Fluke Networks 的 CertiFiber Pro 光纖損耗測試儀一樣，使用一端的光源和另一端的功率計來測量光源從對立面輸出多少光線，這樣可以得到最精確的插入損耗測量結果；TIA 和 ISO 標準均使用「Tier 1」來描述使用光纖損耗測試儀進行的測試。 有些專案可能還會指定進行擴展的「Tier 2」測試，這需要使用光時域反射計（OTDR）來對單個接頭和連接器的損耗進行特性分析，OTDR透過向光纖發射光脈衝，並量測每個脈衝反射的光量來實現這一目標；OTDR通常還用於計算特定連接器的回波損耗，因此對於短距離單模應用（其中最大插入損耗乃基於通道中連接器的數量和回波損耗）是必不可少的；值得注意的是，在「Tier 2」測試中使用OTDR並不代替光纖損耗測試儀（OLTS），因為使用OTDR量測的總插入損耗是一個推斷的計算，不一定能真實反映連接實際運行時的總損耗；因此，即使規範要求進行擴展的「Tier 2」測試，仍然需要透過OLTS進行「Tier 1」插入損耗測試；在這些情況下，也建議在進行OLTS插入損耗測試之前進行OTDR的光纖鏈路特性分析，因為這是最終合規證明的要求。 光纖插入損耗測試程序 在今天的多模光纖系統中進行插入損耗測試需要使用環流通量（EF）發射條件，以減少量測不確定性，這種方法控制光如何進入待測光纖，以防止過度填充的發射，可能導致悲觀的結果，或是不足填充的發射，可能導致樂觀的結果；Fluke Networks僅提供符合EF標準的測試儀器和測試參考線，適用於所有多模光纖類型的850 nm和1300 nm。 插入損耗測試程序的預設方法是使用1跳線的方式，這包括了兩端連接的損耗，這是纜線系統最終的實際使用情況；為了準確測試第一個和最後一個連接器的損耗，必須使用測試參考線（TRCs），將它們與相似的已知品質連接器進行配對；TRCs是高品質的測試線，其末端配備參考級連接器，並且光纖芯的光學對中表現出極低的插入損耗，單模光纖小於0.2 dB，多模光纖小於0.1 dB；用於日常插拔的典型光纖跳線的損耗在0.3 dB至0.5 dB之間，因此不適用於測試。 為了考慮TRC的損耗，光纖測試儀必須校準到0 dB的損耗，這就像在秤上放一個碗，然後將秤校準到零，以確保碗中物體的重量準確；使用 Fluke Networks 的 CertiFiber Pro 的“設置參考 (Set Reference)”導引，可以輕鬆完成參考的設置，該導引會引導使用者逐步進行此過程。可透過學習如何使用“設置參考 (Set Reference)”導引來設定光纖測試儀的參考值。 插入損耗範例 使用 Fluke Networks 的 CertiFiber Pro OLTS 進行插入損耗測試，可以根據測試的光纖類型和應用的測試極限值，提供簡單的通過/不通過指示，並顯示鏈路的總損耗和長度；如下所示的插入損耗範例中，虛線表示量測中包含的內容，"Detail" 視窗顯示了兩個波長下光纖的餘量和允許的極限值。 每個光纖鏈路的插入損耗測試結果，也可以透過LinkWare™ Live上傳和管理，這是一個雲端服務，可以產生認證報告、分享、追蹤和管理所有項目的測試結果；除了插入損耗結果外，LinkWare插入損耗認證報告還包括有關正在測試的光纖、纜線ID、連接器類型和測試極限值、日期和時間，甚至測試儀器的校準和軟體訊息。 光纖系統中插入損耗的原因 超過特定應用的插入損耗極限值，可能是由於低質量的元件、或現場終端不良所致，例如：連接器不對齊、或光纖端面污染；實際上，端面污染仍然是插入損耗的主要原因，如果系統在沒有適當清潔和檢查光纖端面的情況下進行了移動、增加、和更改，安裝時可能是乾淨的，但現在可能變得髒亂，並為通道增加插入損耗；其他原因可能包括在確定插入損耗預算時出現計算錯誤、或在安裝過程中出現變化，例如：增加了連接、或連結比計劃更長；安裝後的問題還，可能是由於客戶升級到具有比原始插入損耗預算計算中，使用的更嚴格插入損耗要求的更高速應用。 如前面所提到的，良好的回波損耗性能也是良好的插入損耗性能的良好指標，儘管插入損耗是確保應用支援所需的主要性能參數，但在某些對反射特別敏感的應用中，連接器的數量和回波損耗值可能會影響允許的最大插入損耗，這是在新的短程單模應用中使用的低成本、低功耗收發器所處的情況。 光纖插入損耗故障排除 在使用光纖插入損耗測試時，若損耗未通過認證測試，最佳的排解問題方法是使用光時域反射儀（OTDR），該儀器可以量測特定事件（如斷裂、彎曲、焊接和連接器）的損耗，這能夠協助技術人員確定損耗事件的原因和確切位置，OTDR提供一個圖形追蹤，用以描述光纖鏈路上的每個損耗事件。 雖然有經驗的OTDR使用者會識別出測試連接器、啟動線、連接器、機械接合、熔接接合、不匹配的光纖和連接尾部等事件，但並非每個人都是追蹤分析專家；幸運的是，像 Fluke Networks OptiFiber Pro 這樣的高階 OTDR，具有易於閱讀的圖形事件地圖，它使用先進的邏輯自動解釋追蹤，分析損耗事件。獲取更多關於排解插入損耗的資訊，可進一步閱讀【光纖問題疑難排解】。 銅纜的插入損耗 由於插入損耗在任何傳輸類型中皆會發生，它同樣也是銅纜系統的性能參數；相較於光纖，銅纜系統表現出更多的插入損耗，一個關鍵差異是訊號在銅上的損耗會隨著訊號的頻率而變化，銅纜鏈路對較高頻率訊號會有更大的損耗，例如，對於規定在100 MHz的Cat 5e，最大允許的插入損耗約為22 dB，而規定在250 MHz的Cat 6則略超過32 dB。 如何測試銅纜系統中的插入損耗 由於插入損耗隨著頻率而變化，因此在給定應用的整個頻率範圍內進行測試，例如，在Cat 5e通道中，插入損耗從1 MHz到100 MHz進行測試；對於Cat 6A，則從1 MHz到250 MHz進行測試；Fluke Networks 的 DSX CableAnalyzer 系列測試儀，會根據正在測試的應用，在每個頻率上自動進行測試，並將結果繪製在整個頻率範圍內，如下所示。 3 dB規則 根據產業標準，銅纜插入損耗結果小於3 dB的情況將被忽略，這被稱為「3 dB規則」，適用於所有銅纜標準測試極限值；在非常短的長度內，插入損耗可能永遠不會達到3 dB，因此整個量測將被忽略。 4 dB規則 此外，當插入損耗低於4 dB時，近端串擾量測也會被忽略，即使近端串擾超過了極限值，如果插入損耗永遠不會達到4 dB，整個近端串擾測量也將被忽略。 插入損耗偏差 在高速全雙工應用中，由於元件阻抗不匹配，插入損耗偏差（ILD）在高頻率上是需要考慮的，因為它可能會產生降低性能的雜訊；在這些應用中，插入損耗的結果在高頻率（通常在75 MHz以上）上可能會出現波動，特別是在具有結構性阻抗變化的鏈路上，如果電纜中的結構性變化越多，波動的振幅也會隨之增加；雖然插入損耗偏差（ILD）不是一個現場測試參數，但製造商會將ILD視為一個衡量方法，其衡量方式是計算預期插入損耗與實際測量插入損耗之間的最壞情況下的振幅差異。 銅纜佈線系統插入損耗的原因 在銅纜線系統中，插入損耗在很大程度上取決於導線的規格，23 AWG的導線的插入損耗會比相同長度的24 AWG（較細的）導線要小，為了應對更高頻率的應用，導線規格也有所增加，例如Cat 5e通常使用24 AWG的導線，而Cat 6A則使用22或23 AWG的導線，這也是為什麼一些新型較薄的28 AWG纜線限制在較短的距離內使用，以彌補增加的損耗；此外，多股銅線的插入損耗要比實心銅導體高20-50％，這也是為什麼在銅纜線系統中，實心導體被用於較長的固定鏈路部分，而多股導體則限制在較短的短跳線中使用，對於銅纜線系統，衰減也可能與溫度有關。 較高的溫度會導致所有纜線的衰減增加，這也是為什麼標準規定了銅纜線的最大操作溫度，或要求在較熱的操作環境中進行長度縮減；這同樣也是在透過遠端供電技術（例如乙太網路供電）輸送直流電源的銅纜線中需要關注的問題，這可能會導致溫度進一步升高，特別是位於纜線束中間或附近的纜線，它們無法適當地散熱。 此外，為了方便安裝而在纜線上使用潤滑劑可能會導致插入損耗無法通過認證，即使其他條件都合格；潤滑劑具有高導電性，會導致電子從纜線中消失且不會被測試器檢測到，隨著時間的推移，隨著潤滑劑變硬並且導電性降低，插入損耗才會改善。 什麼才是好的插入損耗測試設備？ 無論您是測試光纖還是銅纜，一個優質的插入損耗測試儀的關鍵是準確性；對於光纖認證測試，您需要一台符合環形通量要求的測試儀，具有在多個波長下測試多模和單模光纖鏈路的能力，以及先進的自動通過/不通過分析功能，符合業界標準或自定義的測試極限值；此外，能夠輕鬆且準確地設置測試儀，可以大大減少時間並防止測試錯誤。Fluke Networks 的 CertiFiber Pro 是 Versiv 電纜認證產品系列的一部分，是一款高度準確的光纖損耗測試儀，所具備的功能，可以加速光纖認證過程的每一步驟；CertiFiber Pro 也可以輕鬆的更新到最新的韌體，以滿足最新的應用，其支援 LinkWare Live 雲端結果管理，並且有 24x7 技術支援的全面保護計劃；如果需要快速、簡單的插入損耗驗證和故障排除，Fluke Networks 的 SimpliFiber Pro 光功率計是一款先進的節省時間、成本較低的測試儀，也可以在多個波長下測試插入損耗，並與 LinkWare Live 配合使用。 對於銅纜認證測試，選擇一個具有符合標準的第五級準確度，並經過獨立且技術合格的實驗室嚴格評估的測試儀是很重要的；測試儀器應具備對所有類別的電纜和當前應用進行認證性測試的能力。它應該能夠在一根電纜的所有四對線對顯示所有參數的測試結果，包括插入損耗，這點尤其重要，因為只有一或兩線對的插入損耗較高可能是不良連接的指標；此外，具有診斷功能的測試儀可以減少修復纜線故障所需的時間，Fluke Networks的 DSX CableAnalyzer 系列銅纜認證測試儀符合所有這些要求，作為Versiv平台的一部分，它也可以輕鬆地通過最新的韌體更新來支援新的應用，支援LinkWare Live雲端結果管理，並且由Fluke Networks提供全面的保護計劃。 延伸閱讀 瀏覽所有 Fluke Networks 技術文章 >

當我和射頻客戶聊天時，他們對Bird瓦特表在產業中已經存在了這麼長時間感到驚訝，但這不代表我不會收到許多關於它如何運作以及如何使用它的問題！讓我們來談談一些細節和常見問題。 連續波與調變波：瓦特表 (功率計) 的應用差異 Bird Model 43射頻瓦特表 (功率計) 和其他通過式（thru-line）功率計都屬於“集中常數 (lumped constant)”的方向耦合器原理。這種方向耦合器有時被稱為元件，有些客戶也叫它“模組 (slug)”或“插入件 (plug-in)”。每個插入式元件都是一個這樣的耦合器，它在插入點對電壓進行取樣，並透過一個環路 (loop) 對電流進行取樣，將元件旋轉180°會反轉環路（同時也反轉了電流取樣），而電壓樣本保持不變；透過適當地結合這兩個樣本，我們可以獲得一個與主線 (main line) 功率平方根成比例的射頻電壓訊號，如果這是你需要的，我有一個好消息！查看我們的定向衰減元件，它們可以提供一個相對於主線水平降低了一定分貝的訊號。 當我們使用標準元件時，它們會對射頻樣本進行整流，然後傳送一個與訊號封包（envelope）成比例的訊號給表計，以匹配表計的水平和訊號的整體特性；當Model 43射頻瓦特表用於連續波（CW）時 - 這是它最初的設計用途，這個訊號是直流訊號，然而，當我們需要量測的載波被調變時，情況就有所不同。 瓦特表 (功率計) 的工作原理和應用 我收到了一些有關功率計在原始設計條件之外的情況下性能的問題，為了幫助回答其中一些問題，這些插入式元件的運作方式可以類比成半波調幅（AM）波形檢測器，其實就是這個原理，想像它們連接到一個已校準為均方根（RMS）功率的達松發（d’Arsonval）（平均讀數）直流電表，透過整流二極管，未調變的載波會產生一個直流電壓，其大小與RF電壓的峰值到基值比例成正比，這個直流電壓會使電表的指針指向已標記為瓦特的刻度位置，對應於從主線中取樣的功率；如果相同的載波現在被調幅，但調幅度低於100％，則整流器將輸出一個包含在與之前相同大小的直流電壓上的調幅訊號。由於達松發（d’Arsonval）電表讀取平均值，並且對於於直流上追加的對稱交流電壓的平均值是直流值，因此電表讀數將保持不變。（如果調幅頻率非常低，則指針將試圖跟隨並在中心讀數周圍震盪）。 如果你有注意到，我們提到了“對稱的交流電壓”，如果調變不是對稱的，比如脈衝調幅，或者由於過度驅動或單邊調變而變形，那麼“43”射頻瓦特表的指示將出現錯誤，你需要使用一個峰值讀數設備。 當量測兩個不同頻率的單邊帶（SSB）傳輸時，有一個特殊情況需要注意；我們知道所有的校正因素，因此可以將它們應用到表計的讀數上，具體做法如下：在等幅的雙音（two-tone）調變中，真正的加熱功率等於峰值封包功率的一半，表計將讀取元件輸出的整流脈衝式直流的平均值，或者峰值到基值電壓的0.636倍；由於表計的刻度是功率，所以它會顯示（0.636）的平方，也就是0.405倍的峰值功率；舉例來說，如果已知峰對峰功率（PEP）為1 KW，那麼透過THRULINE表計應該顯示0.405乘以1 KW，即405瓦特。 需強調這一點，這個轉換因子只適用於對等幅雙音（two-tone）調變的單邊帶（SSB）傳輸量測，然而，整個波形討論不僅適用於我們的CW THRULINE功率計，也適用於TERMALINE系列。 這款 "43" 射頻瓦特表是一款 "模組化" 儀器，這表示您可以隨時只購買一個基本的功率計，配備一個元件，然後根據需要再購買額外的元件；不論是哪個型號的 "43" 射頻瓦特表，它的任何一個元件都會滿足公佈的準確度規格（±全標度值的5%）；但是，我們的元件在其他廠家的功率計中，或者其他廠家元件在我們的功率計中，可能不符合這個準確度要求。 延伸閱讀：Bird RF 相關技術文章

定向通過式射頻功率感測器是一種用於量測射頻（RF）功率的儀器，將 RF 訊號通過感測器，然後將其傳輸到負載（例如：天線或其他 RF 元件）的過程來量測功率，這種感測器可以幫助工程師或技術人員確定 RF 系統中的功率位準，以確保正確的訊號傳輸和性能；它們在無線通訊、電信、廣播等 RF 應用中非常常見，以確保 RF 設備的正常運作；這些感測器可以量測 RF 功率的大小，以及 RF 訊號的其他特性，如電壓驻波比（VSWR）等。 Thruline 定向通過式射頻功率感測器是50-ohm RF同軸傳輸線的方向性插入瓦特表，它們可以在任何負載條件下，精確地量測兩個方向的RF功率流動，由於該儀器配備有兩個連接器，其電壓駐波比 (VSWR) 小於1.05，因此它插入線路中所引起的任何誤差都可以忽略不計（小於0.06％）；當一個 Model 43 射頻功率感測器 被用來將負載匹配到一台發射機，並且達到良好的匹配時，移除該儀器將不會導致任何條件的改變，因為一個良好的 50-ohm 負載，可以放在任何長度的50-ohm傳輸線的末端，而不會改變發射條件。 當負載不良匹配，例如天線的VSWR為1.5或2.0時，會發生什麼情況呢？ 此時位於不匹配的負載和訊號源之間的傳輸線路長度變得關鍵，因為它會改變發射源端看到的負載阻抗，在這種情況下，傳輸線路的長度會影響訊號的功率輸出和頻率，尤其在高頻率下；如果使用 Model 43 射頻功率感測器 進行最大功率傳輸的調整，當移除它時，這將縮短了線路的長度，具體來說是減少了4英寸，這是指兩個導體之間的距離；在低頻下，這仍不是什麼令人擔憂的大問題，因為4英寸在波長中只是一小部分，但在更高的頻率下（例如，超過100MHz），可能會影響源的功率輸出和頻率。 傳輸線理論的一個原則是，波長的一半兩側的阻抗是相同的，為了在您的傳輸線中複製使用或不使用 Model 43 時的情況，只需要插入或移除半個波長。 這可以輕鬆實現，方法是製作一段電纜，其長度加上 THRULINE 的長度等於量測頻率的半個波長；如果涉及多個不同的頻率，則需要為每個頻率製作一段相應長度的電纜，這樣做的目的是確保你能夠在不同頻率下維持相同的測試條件，以便進行可靠的測試和比較。 這個圖表顯示了帶有連接器的 RG-8/U 電纜的長度，當連接到 Model 43 時，這條電纜將呈現出類似 λ/2 波長的特性，這個資訊可幫助確定在特定頻率下所需的電纜長度，以模擬使用THRULINE時的效果；正如圖表所示，這些尺寸已經考慮了不同的介電質組合（包括THRULINE中的聚四氟乙烯和空氣，以及電纜中的聚乙烯等）的影響；這些尺寸資訊有助於確定在特定頻率下所需的RG-8/U電纜長度，以模擬THRULINE的特性，從而確保在不同頻率下進行的測量結果保持一致和準確。