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摘要

车载SerDes系统在整车环境中面临严峻的ESD挑战，直接影响行车安全与系统可靠性。

纳芯微通过三重防护架构——器件级ESD防护、RS-FEC前向纠错、物理层重传机制——为NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器提供了系统级解决方案。基于ISO 10605-2023标准的完整测试验证表明，产品在上电ESD（接触放电±8KV、空气放电±25KV）和下电ESD（Pin放电±8KV）测试中均满足等级A要求。与对标同类器件相比，纳芯微SerDes在CE/RE测试中裕量普遍高2-6dB，为整车厂商提供了更高的设计余量和可靠性保障。

1. 车载SerDes系统的ESD挑战：从客户痛点出发

现代智能汽车中，摄像头到域控制器的高速数据传输链路已成为ADAS和自动驾驶系统的关键组成部分。NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器构成的SerDes系统通常部署在车外摄像头模组与车内域控制器之间，暴露于复杂的整车电磁环境中。车外摄像头镜头、外壳及线束接口等位置直接面临静电放电的风险，这些位置在车辆使用、维护过程中极易与人体或工具接触，产生高达数千伏的静电放电事件。

在实际工程应用中，客户在ESD测试中常遇到两类典型问题：

• 带电ESD测试异常：系统正常工作时施加ESD干扰，导致画面黑屏、闪屏、卡顿，直接影响ADAS、智能座舱功能的实时性与可靠性

• 不带电ESD测试损坏：系统未上电状态下的ESD冲击，造成芯片永久性损坏、器件失效，增加物料成本与维修复杂度

图1.1 花屏

图1.2 闪屏

图1.3 黑屏

这些问题不仅延长了研发验证周期，更对行车安全构成潜在威胁。一次ESD测试失败可能意味着数周的设计迭代与重新验证，直接拖慢项目进度并增加开发成本。

2. ESD问题根因深度剖析：带电与不带电场景的差异

ESD失效机理因系统工作状态不同而存在本质差异，理解这些差异是设计有效防护方案的前提。

带电ESD失效机制

系统正常运行时，ESD瞬态干扰通过以下路径影响系统功能：

• 信号链路瞬时扰动：ESD电流耦合至高速差分信号线，导致信号波形畸变，产生纳秒级误码突发

• FEC纠错能力超限：传统SerDes的前向纠错（FEC）机制在密集误码冲击下无法完全恢复数据，错误累积超过阈值

• 缺乏动态重传机制：链路层协议未设计针对瞬态干扰的快速重传机制，导致画面中断时间延长

这种失效模式表现为功能暂时性异常，在ESD事件结束后系统可能恢复正常，但期间的功能中断已对安全关键应用构成风险。

不带电ESD失效机制

系统未上电时，ESD能量直接作用于器件物理结构：

• 引脚耐压击穿：高压静电直接击穿I/O引脚的ESD保护结构，造成永久性硬件损伤

• 内部结构过载：芯片内部ESD防护电路在超出设计规格的电压下烧毁，失去保护功能

• 器件参数漂移：ESD应力导致晶体管阈值电压、漏电流等关键参数发生不可逆变化

此类损伤是硬件永久性的，通常需要更换芯片或模块才能修复，直接增加物料与维修成本。

3. 纳芯微系统级ESD解决方案：三重防护架构

针对上述失效机理，纳芯微为NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器设计了系统级的三重防护架构，从器件到链路再到系统层面提供全方位保护。

3.1 器件级ESD防护设计

在芯片设计阶段，纳芯微采用了多层级的ESD防护策略：

• 高等级HBM/CDM防护：芯片内部集成经过车规验证的ESD保护结构，提供8KV HBM和±2KV CDM的防护能力

• 接口浪涌抑制：高速差分接口采用对称的TVS阵列设计，对共模和差模ESD干扰均有良好的抑制效果

• 电源域隔离：数字与模拟电源域之间设计隔离缓冲，防止ESD噪声通过电源网络传播

这些设计确保在不带电ESD场景下，芯片具备足够的鲁棒性避免永久性损伤。

3.2 隔离电源设计参数

为应对带电ESD导致的瞬时误码，纳芯微SerDes集成了增强型RS-FEC（里德-所罗门前向纠错）机制：

• 高纠错能力：采用RS(528,514)编码方案，可纠正单个符号中的7字节错误，纠错能力较传统方案提升40%

• 低延迟处理：专用硬件编解码器实现纳秒级处理延迟，确保实时视频流不受影响

• 自适应纠错：根据链路误码率动态调整纠错策略，在ESD事件期间最大化数据完整性

在实际测试中，该FEC机制能在ESD干扰下确保画面质量不受影响。

3.3 物理层重传机制

针对FEC无法纠正的严重误码情况，纳芯微设计了物理层自动重传协议：

• 快速错误检测：在物理层实时监测链路质量

• 选择性重传：仅重传出错数据包，避免整帧重传带来的带宽浪费

• 链路自愈：重传成功后自动恢复至正常传输模式，无需上层协议干预

这套机制确保在允许有错误包，但要重传成功的测试标准下，系统能够快速恢复，避免画面黑屏或卡顿。

4. 严苛测试验证：基于ISO 10605-2023标准的完整闭环

为验证三重防护架构的实际效果，纳芯微使用软龙格工装和度信工装，在实验室暗室中完成了基于ISO 10605-2023标准的完整ESD测试。

4.1 测试照片

图4.1.1 图像画面

图4.1.2 2米线长

图4.1.3 8米线长

摄像头接触放电

摄像头接触放电 

摄像头空气放电

控制器接触放电

图4.1.4 放电位置 

4.2 上电ESD测试验证

测试系统配置2米和8米两种线长，模拟实际车载部署中的不同布线场景。测试严格按照ISO 10605-2023标准执行，具体条件如下：

表4.2.1 测试结果

测试结果：在所有测试等级下，NLS9116/NLS9246系统均满足等级A要求。测试过程中画面保持稳定，无黑屏、闪屏或卡顿现象。特别值得注意的是，在标准允许的“错误包重传成功”机制下，系统能够快速恢复，展现了物理层重传机制的实际效果。

4.2 下电ESD测试验证

在不带电状态下，对芯片引脚进行±8KV的接触放电测试，每个等级重复10次。测试后对芯片进行完整功能验证，并测量关键引脚的LCR参数。

测试结果：所有被测芯片功能正常，无任何异常。LCR参数变化率均小于5%，远低于标准要求的10%上限。这验证了器件级ESD防护设计的有效性，确保芯片在运输、装配等未上电场景下的可靠性。

5. 竞品EMC性能对比：裕量优势彰显技术领先性

除了ESD性能，纳芯微SerDes在整体EMC性能上也展现出显著优势。与对标同类器件的对比测试显示，纳芯微产品在多个关键指标上具有明显裕量优势。

竞品对比EMC优势

• CE/RE多频段裕量高2-6dB：在150K-245MHz传导骚扰和150K-6GHz辐射骚扰测试中，裕量普遍优于竞品

• 满足GNSS加严格要求：1G-5GHz频段满足CISPR 25-2021 Class 5的加严限值，部分频段裕量达8-14dB

• 更宽松的设计余量：更大的EMC裕量意味着PCB设计约束更少，系统成本更低，量产一致性更高

具体数据表明，在150K-175MHz频段的CE测试中，纳芯微产品在50mm位置的PK裕量达到7dB，比竞品高1dB；在171M-245MHz频段（1MHz带宽）的AVG裕量达到9dB，优势明显。RE测试中，1G-5GHz GNSS加严频段的垂直极化裕量达到3-4dB，而竞品在该频段的部分极化方向接近限值边缘。

6. 客户价值：从测试通过到整车可靠性的跨越

对于整车厂商和Tier1供应商，纳芯微SerDes解决方案带来三重核心价值：

• 降低研发风险与成本：一次性通过ESD测试，避免重复验证的设计迭代，缩短项目周期3-4周

• 提升系统可靠性：在整车寿命周期内，抵御实际使用环境中的ESD事件，降低现场故障率

• 增强供应链安全性：本土化研发与技术支持，快速响应客户需求，保障项目进度

纳芯微SerDes通过系统级ESD设计，帮助客户一次性通过严苛的车规测试，显著降低研发验证风险，加速产品上市进程，最终提升整车系统的长期可靠性。三重防护架构的协同作用，确保了从芯片级鲁棒性到系统级功能完整的全方位保障。