高速伝送を実現するGMSL規格の特徴と車載用途の利点

GMSL規格は、車載技術の進化を支える重要な要素として注目されています。この記事では、GMSLとは何かをはじめ、GMSLの伝送をしたカメラについて詳しく解説します。

また、GMSLとMIPIやLVDSとの違いを比較し、それぞれの特長を明らかにします。さらに、GMSLの伝送速度や、用途に応じたケーブルやコネクタの選び方についても詳述。

車載システムでGMSLが果たす役割や、GMSL2とGMSL3の違いに加え、GMSL規格がもたらす利便性を具体的に探ります。

この記事を通して、車載システムで最適な伝送技術を選ぶための基礎知識を得ることができるでしょう。

GMSL規格とは？知っておきたい基礎知識

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、高速かつ高信頼性のデータ伝送を実現する技術で、主に自動運転やADAS、車内エンターテインメントシステムに利用されています。

この技術は、同軸ケーブル1本で映像、音声、制御信号を最大15mまで遅延なく伝送可能で、Power Over Coaxial（PoC）により電力供給も統合できます。

GMSL1からGMSL3への進化で、伝送速度が最大12Gbpsに向上し、高解像度映像やマルチセンサー対応が可能になりました。

ノイズ耐性と耐環境性にも優れ、過酷な車載条件下でも安定動作を実現。GMSLは現代の車載システムに欠かせない技術です。

GMSLとはどんな技術？

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、ADI（Analog Device）社高速で大容量のマルチメディアデータを長距離伝送できる技術です。この技術は、主に車載分野で用いられ、カメラやセンサーからのデータをリアルタイムで伝送する役割を担います。

例えば、自動運転車では複数のカメラやセンサーから得られるデータを迅速かつ正確に処理する必要があります。従来の技術では伝送速度や距離の制約がありましたが、GMSLはこれらの課題を解決する手段として活躍しています。

また、GMSLは高速伝送だけでなく、ノイズ耐性にも優れています。このため、車両の振動や高温環境でも安定して動作するのが特徴です。この信頼性の高さが、多くの車載メーカーに採用されている理由です。

以下に、GMSLの特徴と用途を表形式でまとめました。

特徴	詳細
高速伝送	最大3Gbps（GMSL1基準）以上の伝送速度で、大容量データのリアルタイム処理が可能。
長距離伝送	同軸ケーブルを使用し、最大15m以上の長距離伝送を実現。車両の大型化にも対応可能。
ノイズ耐性	車両の振動や電磁干渉が多い環境でも、安定したデータ伝送が可能。
高い信頼性	耐環境性に優れ、高温・低温や振動の激しい状況でも動作。
電力供給機能	Power over Coaxial（PoC）に対応し、データ伝送と電力供給を同一ケーブルで実現。
多用途性	映像、音声、制御信号を1本のケーブルで統合して伝送可能。

用途	詳細
車載カメラシステム	先進運転支援システム（ADAS）や自動運転で使用されるカメラのデータ伝送に利用。
センサー統合	レーダー、ライダー、温度センサーなどのデータをリアルタイムで伝送し、統合処理を支援。
インフォテインメント	車内ディスプレイへの高解像度映像伝送に利用。エンターテイメントシステムの品質向上に貢献。
車両モニタリング	車両状態を監視するシステム（車内カメラや監視センサー）へのデータ伝送。
ロボット・産業用途	高速・長距離伝送が必要な産業用機械やロボットの制御・監視システムにも応用可能。

この表を参考に、GMSLの持つ技術的な強みと、幅広い応用分野の概要が理解できます。

車載分野でのGMSL規格の役割

GMSL規格は、車載分野で安全性と快適性を支える重要な技術です。具体的には、自動運転支援システムやエンターテイメントシステムに活用されています。

自動運転支援システムでは、車両周囲を監視するカメラやLiDAR、レーダーなどのセンサーから送られるデータを処理する必要があります。GMSLはこれらのデータを高解像度のまま、遅延なく伝送することで、リアルタイムの制御を可能にしています。

さらに、車内エンターテイメントシステムでもGMSLは活躍します。例えば、後部座席用モニターに映像を伝送する際、高品質な映像と音声を提供することで快適なドライブ体験を実現します。このように、GMSL規格は車載分野の高度化を支える基盤技術と言えます。

GMSLのSerDesとは？車載分野を支える技術の核心

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）におけるSerDesは、車載分野で重要な役割を果たす高速データ伝送技術です。SerDesは「Serializer/Deserializer」の略称で、データを効率的に伝送するための重要なプロセスを指します。この技術は、GMSL規格の中核を成し、高性能なデータ伝送を実現しています。

Serializer（シリアライザ）

シリアライザは、複数の並列データを1本の高速シリアルデータに変換する役割を担います。これにより、伝送路（ケーブル）の数を削減し、配線の簡素化とコスト削減を可能にします。

さらに、パラレルデータの長距離伝送は、パラレルに伝送されるケーブルの長さのばらつきなどでパラレルデータのずれが発生するため復元が難しいことも難点です。シリアルデータはそのような懸念もなくなります。

Deserializer（デシリアライザ）

デシリアライザは、シリアライザで送られてきたシリアルデータを元の並列データに復元する役割を果たします。これにより、送信側のデータが受信側で正確に再現されます。

GMSL SerDesの特長

高伝送速度
GMSL SerDesは、3Gbps以上の高速伝送を実現している。この性能により、自動運転車のカメラやセンサーが生成する膨大なデータをリアルタイムで処理することが可能。

長距離伝送
単一の同軸ケーブルまたはツイストペアケーブルを使用し、最大15m以上のデータ伝送が可能。この特長により、車両内での自由な機器配置を実現。

ノイズ耐性
高いEMI（電磁干渉）耐性を備え、車載環境での振動や外部ノイズによる信号劣化を最小限に抑えることで、安定した通信を提供。

電力供給機能
PoC（Power over Coaxial）技術を採用し、データと電力を1本のケーブルで同時に伝送可能。これにより配線を簡素化し、車載システム全体の設計効率を向上。

互換性
後方互換性を備え、上位規格で下位規格のデバイスをサポート。これにより、新旧システム間のスムーズな移行が可能。

I2C通信の対応
GMSL SerDesはI2C（Inter-Integrated Circuit）による通信にも対応。これにより、カメラやセンサーとの制御信号の送受信を効率的に行うことが可能で、システム設計の柔軟性が向上。

GMSL SerDesは、高速データ伝送、長距離対応、ノイズ耐性を備えた信頼性の高い技術である。さらに、電力供給機能やI2C通信対応などの特長により、車載システムの中心的な役割を担い、自動運転やインフォテインメントの進化に貢献している。

GMSL SerDes製品：MAX96701とMAX96700と使い方（概要）

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、車載カメラやセンサーからのデータをリアルタイムで効率よく伝送する技術として知られています。その中でも、初期製品ではありますが、ADI社製のシリアライザ「MAX96701」とデシリアライザ「MAX96700」を例に説明します。

・シリアライザMAX96701(ADI HP）はこちらから
・デシリアライザMAX96700（ADI HP）はこちらから

MAX96701とMAX96700の製品スペック

以下は、MAX96701とMAX96700の主な仕様です。

製品名	MAX96701	MAX96700
役割	シリアライザ （Serializer）	デシリアライザ（Deserializer）
最大伝送速度	1.74Gbps	1.74Gbps
対応解像度	下記の計算例を参照	下記の計算例を参照
インターフェース	14bit パラレル入力	パラレル入力
伝送距離	最大15m（同軸ケーブル使用時）	最大15m（同軸ケーブル使用時）
出力	差動出力 or PoC出力	車載環境向け耐性
電力供給機能	Power Over Coax（PoC）対応	Power Over Coax（PoC）対応
動作温度範囲	-40°C～+115°C	-40°C～+115°C

これらの製品は、車載カメラシステムにおいて高解像度映像やセンサーデータのリアルタイム伝送を可能にし、システム全体の効率と信頼性を向上させます。

使用例：車載カメラシステムの構築

必要な構成

• カメラのセンサーモジュール（例：イメージセンサーのパラレル信号出力）
• シリアライザ（MAX96701）
• 同軸ケーブルまたはSTP（Shielded Twisted Pair）ケーブル
• デシリアライザ（MAX96700）
• データ処理用SoC（System on Chip）

システム接続例

1. センサーからの接続
   • センサーからのパラレル信号をMAX96701の入力に接続します。
   • 必要に応じて、電力供給用ケーブルを接続。
2. シリアライザとデシリアライザ間の接続
   • MAX96701から出力されたシリアルデータを同軸ケーブルでMAX96700に伝送します。
   • Power Over Coax（PoC）を利用する場合、同軸ケーブルを介して電力も供給。
3. デシリアライザからSoCへの接続
   • MAX96700のパラレル出力をSoC（処理IC）の入力に接続。
   • SoCが映像やセンサーデータを処理し、車載システムの各種制御や表示に活用。

使用時の注意点

1. 適切なケーブル選択
   • 同軸ケーブルを使用する場合は、PoC対応の高品質ケーブルを選択してください。これにより、信号品質を保ちながら電力も供給できます。
2. 温度環境に注意
   • -40°C～+105°Cの広い動作温度範囲をサポートしていますが、特にエンジン周辺など高温が予想される場所では放熱対策が重要です。
3. ノイズ耐性の強化
   • 車載環境では電磁干渉（EMI）が発生しやすいため、シールドケーブルや適切なフィルタリングを使用してください。

MAX96701とMAX96700の導入メリット

• 高解像度映像のリアルタイム伝送：4K UHD対応により、自動運転や高度なドライバーアシスタンスシステム（ADAS）で求められる高精度なデータ処理を実現。
• シンプルな配線設計：PoCに対応しているため、ケーブル本数を削減し、システム設計の簡素化が可能。
• 高い信頼性：車載環境でのノイズや過酷な温度条件に耐える設計。

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MAX96701とMAX96700は、GMSL規格を活用したシリアライザ・デシリアライザの代表的な製品です。これらを活用することで、車載カメラシステムの効率的な設計が可能になります。

高速かつ信頼性の高いデータ伝送を実現するこれらのデバイスは、現代の自動車技術の進化に欠かせない存在と言えるでしょう。

導入を検討する際は、公式データシートを参照し、システム要件に最適な構成を選ぶようにしてください。

MAX96701を例に動作時の伝送レートを計算

以下の条件で、イメージセンサーからの画像データの伝送レートを計算し、MAX96701（1.74Gbps対応）が対応可能か検討します。

条件

• 解像度:
  ① 1280×960
  ② 1920×1080（フルHD）
  ③ 3840×2160（4K）
• フレームレート: 30fps
• カラーフォーマット: YUV422（1画素 = 16ビット）
• シリアライザ: MAX96701（伝送レート 1.74Gbps）
• ダブルクロック（※）: 必要帯域がデータ量の2倍

※MAX96701の入力Pinは 14bit分しかないため、YUV422の16bitデータを一度に入力することは不可能。よって8bitデータを２回に分けて入力するダブルクロックを想定

計算方法

●1フレームあたりのデータ量：解像度（横×縦）に1画素あたりのビット数（16ビット）を掛ける。

1フレームのデータ量=　横サイズ ×縦サイズ ×16 ビット（YUV422）

●1秒間のデータ量：フレームレート（30fps）を掛ける。

1秒間のデータ量= 1フレームのデータ量×30 fps

●ダブルクロックによる必要帯域：必要帯域は、データ量を2倍する。

必要帯域= 1秒間のデータ量 × 2

●判定： 必要帯域が1.74Gbps以下であればMAX96701で伝送可能。

計算結果

解像度① H1280×V960 30fps：

●1フレームあたりのデータ量： 1280×960×16=19,660,800 ビット (19.66 Mbps)

●1秒間のデータ量： 19.66 Mbps×30fps =589.8 Mbps

●必要帯域（ダブルクロック）： 589.8 Mbps×2=1,179.6 Mbps ≒ 1.18Gbps 

結果: 対応可能（必要帯域 1.18Gbps < 最大 1.74Gbps）

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解像度② H1920×V1080（フルHD） 30fps

●1フレームあたりのデータ量： 1920×1080×16=33,177,600 ビット

●1秒間のデータ量： 33.18 Mbps×30=995.4 Mbps

●必要帯域（ダブルクロック）： 995.4 Mbps×2=1,990.8 Mbps  ≒ 1.99Gbps

結果: 対応不可（必要帯域 1.99Gbps > 最大 1.74Gbps）

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解像度③ 3840×2160（4K） 30fps

●1フレームあたりのデータ量： 3840×2160×16=132,710,400 ビット (132.71 Mbps)

●1秒間のデータ量： 132.71 Mbps×30=3,981.3 Mbps

●必要帯域（ダブルクロック）： 3,981.3 Mbps×2=7,962.6 Mbps  ≒ 7.96 Gbps

結果: 対応不可（必要帯域 7.96Gbps > 最大 1.74Gbps）

まとめ

解像度	必要帯域 (Gbps)	対応可否
1280×960	1.18	対応可能
1920×1080（フルHD）	1.99	対応不可
3840×2160（4K）	7.96	対応不可

MAX96701は、1280×960の解像度まで対応可能であり、フルHDや4Kのような高解像度には対応できない。

解決策

伝送レートが不足している場合、以下の解決策が考えられます：

1. カラーフォーマットの変更: YUV422からYUV420（12ビット/画素）に変更することで、必要な帯域を削減できます。
2. 圧縮技術の採用: 画像データをJPEGやH.264などで圧縮し、帯域を削減します。
3. フレームレートの調整: フレームレートを30fpsから15fpsに下げることでデータ量を抑えます。
4. シリアライザの変更：もっと高速伝送が可能なシリアライザ（GMSL2対応など）の採用

GMSLのPoC（Power Over Coax）と差動伝送について

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、車載分野において重要な役割を果たしているデータ伝送技術です。その中で、PoC（Power Over Coax）と差動伝送は、設計要件に応じて採用される2つの主要な伝送方式です。本記事では、それぞれの技術に限定して詳しく解説します。

PoC（Power Over Coax）とは？

PoC（Power Over Coax）は、1本の同軸ケーブルでデータと電力を同時に伝送する技術です。この仕組みは、自動車の車載システムや監視カメラなど、高速データ伝送と電力供給が求められる環境で広く活用されています。特に車載カメラやセンサーの配線を簡略化する技術として注目されています。

PoCの仕組み

PoCの基本的な原理は、同軸ケーブル内で異なる周波数帯域を利用することにあります。データ信号は高周波帯域を、電力信号は低周波帯域を使い、これらを同時に同じケーブル内で伝送します。

送信側で信号を一つにまとめ、受信側でフィルタを使って再び分離することで、データと電力をそれぞれの用途に供給できる仕組みです。

送信側では、映像データやセンサーデータが高速信号として変換される一方で、電力供給用の低周波信号が加えられます。

この信号は、信号合成回路によって一つにまとめられ、同軸ケーブルに送られます。そして受信側では、フィルタ回路（RLCで構成）が信号を分離し、高周波帯域のデータ信号をシステムに渡し、低周波帯域の電力信号をデバイスに供給します。

PoCのメリット

PoCはその仕組みにより、車載環境のような過酷な状況でも安定した通信を可能にします。まず第一に、1本のケーブルでデータ伝送と電力供給を行えるため、配線の量を大幅に減らせます。これは、車両設計の簡素化やコスト削減につながり、さらに車両全体の軽量化にも寄与します。

また、PoCに使用される同軸ケーブルは、外部ノイズの影響を受けにくい特性を持っています。そのため、車両の振動や高温環境下でも安定した動作を保証できます。この特性により、車両の信頼性を向上させるだけでなく、長距離伝送が求められるシステムでも効果を発揮します。

さらに、PoCの導入によりケーブル数を削減できることは、製造時の手間を減らすだけでなく、修理やメンテナンスの効率化にもつながります。結果として、システム全体の運用コストが削減されます。

PoCの仕組み

• 同軸ケーブルを利用して、データ信号と電力信号を多重化します。
• 同軸ケーブルの中心導体がデータと電力を伝送する一方、外側のシールドがリターンパスとして機能します。

特長

1. ケーブル本数の削減：1本のケーブルで複数の役割を果たすため、配線が簡素化されます。
2. コスト効率：ケーブルやコネクタの数が減り、材料費や配線工数を削減可能です。
3. ノイズ耐性：同軸ケーブルは外来ノイズを遮断する特性が高いため、信号の品質が保持されます。
4. 長距離対応：最大15mの距離で安定した通信と電力供給が可能です。

PoCの用途

• 車載カメラ
• LiDARやレーダーセンサー
• 自動運転車両の制御システム

差動伝送とは？

差動伝送は、データを2本の信号線を使って送信する方式です。STP（シールドツイストペア）ケーブルが一般的に使用されます。

差動伝送の仕組み

• 2本の線に反転した信号を送信することで、外部からのノイズを相殺します。
• 差動信号の変化量だけが受信側でデータとして認識されるため、ノイズに強いのが特徴です。

特長

1. 高速伝送：高いデータレートでの通信が可能で、4K映像や複数センサーのデータ伝送に適しています。
2. ノイズ耐性：差動信号の仕組みにより、外来ノイズの影響を最小化します。
3. 柔軟な配線：STPケーブルは柔軟で取り回しがしやすく、狭いスペースでの配線に適しています。

差動伝送の用途

• 車載LAN（Ethernet AVBやTSN）
• 高速センサーシステム
• 車内エンターテイメントネットワーク

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PoCと差動伝送の比較

項目	PoC（Power Over Coax）	差動伝送
使用ケーブル	同軸ケーブル	シールドツイストペアケーブル（STP）など
ケーブル数	1本（データと電力を統合）	2本以上（データ専用）
電力供給	同時に可能	別途電源供給が必要
ノイズ耐性	高い	非常に高い
最大伝送距離	最大15m	最大10～15m程度
設計の柔軟性	配線がシンプルで省スペース	柔軟な配線が可能
適用コスト	ケーブル数が少ないため低コスト	ケーブル数が多いためやや高コスト

PoCと差動伝送の選択基準

PoCを選ぶ場合

• 車両の軽量化やスペース効率が重要。
• 配線設計を簡素化したい。
• 車載カメラやセンサーでの電力供給を統合したい。

差動伝送を選ぶ場合

• 高速で大量のデータ伝送が求められる。
• 既存のネットワーク技術との互換性を重視する。
• フレキシブルな配線が必要。

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PoCと差動伝送は、それぞれ異なる利点を持つ技術で、GMSLの車載システムにおいて補完的な役割を果たしています。

PoCは省スペース設計やコスト効率に優れ、一方で差動伝送は高速性や柔軟性が特長です。車両の設計要件やシステムの目的に応じて、最適な方式を選ぶことが、効率的で信頼性の高い車載システム構築の鍵となります。

最新のGMSLカメラが注目される理由

最新のGMSLカメラは、性能と利便性が大幅に向上したことから注目を集めています。その主な特徴は、高解像度の画像伝送、高速なデータ処理、そして耐久性の向上です。

車載カメラが増加している理由

近年、車載カメラの数が急増しています。以下はその具体例です。

1. 360度ビューシステム
   360度ビューカメラシステムでは、車両周囲を全方位で撮影するため、前後左右に複数のカメラを搭載しています。駐車時の支援や周囲状況の確認に活用されています。
2. ドライバーモニタリングシステム（DMS）
   車内の安全性向上のため、ドライバーの顔や目の動きを監視するカメラが搭載されるようになりました。このシステムにより、居眠り運転や注意散漫を防ぐことができます。
3. ADAS（先進運転支援システム）
   衝突回避や車線維持支援のため、フロントカメラ、リアカメラ、サイドカメラ、さらには赤外線カメラなどが追加されています。
4. 後部座席用の車内カメラ
   ファミリー向け車両では、後部座席の子供の様子を確認できるカメラが増えており、安心感を提供しています。

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GMSLの需要増加の背景

車載カメラの数が増えると同時に、それらから送られるデータ量も急激に増加しています。この状況下でGMSLが求められる理由は以下の通りです。

• 大容量データの伝送能力
  各カメラやセンサーから送られる高解像度映像やリアルタイムデータを、高速かつ安定して伝送する技術が必要です。GMSLはこれを可能にしています。
• ケーブル削減のメリット
  車内の配線が複雑化すると重量が増え、燃費が悪化する懸念があります。GMSLは、1本のケーブルでデータ伝送と電力供給（Power over Coaxial）を実現するため、軽量化にも寄与します。
• リアルタイム処理の重要性
  自動運転やADASでは、カメラやセンサーから得られるデータを即座に処理することが安全性に直結します。GMSLは遅延を最小限に抑える性能を提供します。
• エンターテイメント需要の増加
  高品質な映像や音声を車内で楽しむ需要が増え、GMSLによるノイズに強い映像・音声伝送技術が活躍しています。

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これらの背景から、車載分野でのカメラ増加に伴い、GMSL規格が必要不可欠な技術として広く採用されています。特に、自動運転の進化や安全性・快適性を求める市場ニーズの高まりとともに、GMSLの需要は今後さらに増加すると考えられます。

PoCフィルタとは？その役割と仕組みを解説

PoC（Power Over Coax）フィルタは、同軸ケーブルを使ったデータ伝送と電力供給を実現するために欠かせない電子部品です。

このフィルタは、同軸ケーブル内で高周波のデータ信号と低周波の電力信号を分離する役割を果たします。PoC技術が活用される場面では、正確で効率的な信号処理が求められるため、PoCフィルタの性能がシステム全体の安定性を左右します。

PoCフィルタの基本的な役割

PoCフィルタは、送信側と受信側でそれぞれ異なる役割を担います。

• 送信側の役割
  データ信号（高周波）と電力信号（低周波）を一つに合成し、同軸ケーブルに伝送します。この過程では、データ信号と電力信号が互いに干渉しないよう、適切に調整する必要があります。
• 受信側の役割
  同軸ケーブルで伝送された信号を分離し、高周波信号をデータとして処理し、低周波信号を電力供給に利用します。ここで重要なのは、分離が正確でなければデータの品質や電力供給の安定性が損なわれる点です。

PoCフィルタの構造と仕組み

PoCフィルタの構造は、主に高周波信号と低周波信号を分離するための部品で構成されています。一般的には、以下のような回路要素が用いられます。

1. コンデンサ
   高周波信号を通過させる役割を持ち、低周波の電力信号を遮断します。
2. インダクタ
   低周波信号を通過させ、高周波信号を遮断します。このインダクタは、電力供給を効率的に行うために重要です。
3. ローパスフィルタ
   データ信号が混入しないように、電力信号から高周波成分を取り除きます。
4. ハイパスフィルタ
   電力信号の影響を除去し、データ信号を正確に抽出します。

これらの部品が組み合わされ、データ信号と電力信号を互いに干渉させずに処理します。

PoCフィルタのメリット

PoCフィルタは、PoC技術がもたらす以下のような利点を支えています。

• 配線の簡素化
  同軸ケーブル1本でデータと電力を同時に送信できるため、車両やシステム全体の配線が大幅に削減されます。
• コスト削減
  ケーブル数の削減により、材料費や設計・製造コストが抑えられます。
• システムの軽量化
  特に車載用途では、軽量化は燃費や性能に直接影響を与えるため、重要なポイントとなります。
• 信号の安定性向上
  高品質なPoCフィルタを使用することで、データと電力が安定して伝送され、システム全体の信頼性が向上します。

PoCフィルタ設計における課題

PoCフィルタは高度な設計を要し、以下のような課題が挙げられます。

1. 周波数帯域の正確な分離
   高周波と低周波を適切に分離するため、高精度な部品選定と設計が求められます。
2. ノイズ対策
   高周波信号と低周波信号の干渉を防ぐだけでなく、外部からのノイズにも耐性を持つ必要があります。
3. 温度耐性
   特に車載用途では、過酷な温度条件に耐える設計が不可欠です。
4. コストと性能のバランス
   高性能なフィルタを設計するほどコストが増加しますが、これを効率的に抑える工夫が求められます。

PoCフィルタの適用例

PoCフィルタは、特に車載カメラやセンサーの分野で広く利用されています。たとえば、最新の自動運転システムでは複数のカメラやセンサーが車両に搭載されています。これらを効率よく接続するために、PoC技術が使われており、PoCフィルタがその中核を担っています。

PoCフィルタは、PoC技術の基盤を支える重要なコンポーネントです。その役割はデータ信号と電力信号の正確な合成・分離にあり、車載用途を中心に多くの応用が進んでいます。

高精度な設計と適切な部品選定が必要ですが、その価値はシステム全体の信頼性向上やコスト削減に大きく貢献します。

今後も、車両の電動化や自動運転の進展に伴い、PoCフィルタの需要はますます高まることでしょう。

GMSL1、GMSL2、GMSL3の進化ポイントと違い

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、高速・高信頼性のデータ伝送を実現する技術であり、車載用途を中心に広く利用されています。特に、GMSLの進化は車載システムの高度化を支える重要な要素となっています。

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GMSL1の特徴と限界

GMSL1は、最初の規格として車載用途の基礎を築きました。主に標準的なカメラやセンサーのデータ伝送に対応しており、安定した通信を提供します。ただし、伝送速度やサポートする機能が限定的であり、高解像度の映像や複雑なセンサーシステムへの対応には課題がありました。

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GMSL2の進化ポイント

GMSL2は、GMSL1の課題を克服し、実用性を大幅に向上させました。以下の点で進化が見られます。

1. 伝送速度の向上
   GMSL2は最大6Gbpsの伝送速度を実現し、高解像度映像や複雑なセンサーデータをリアルタイムで処理できるようになりました。
2. 耐環境性能の強化
   ケーブルの長さが最大15メートルまで対応し、車内設計の柔軟性が向上しました。また、振動や高温といった過酷な車載環境にも対応しています。
3. 電力供給機能（Power over Coaxial）の標準化
   データと電力を1本のケーブルで伝送可能になり、システム設計の簡素化とコスト削減が可能です。

GMSL3の進化ポイント

GMSL3は、GMSL2の性能をさらに拡張した規格です。以下の点で優れた性能を発揮します。

1. さらなる高速化
   最大12Gbpsの伝送速度を実現し、GMSL2の2倍の性能を提供します。これにより、より高解像度の映像や複雑なセンサーシステムに対応可能です。
2. マルチチャネル伝送への対応
   複数のカメラやセンサーからのデータを同時に効率的に処理できるため、自動運転システムや高度なADAS（先進運転支援システム）に最適です。
3. 柔軟性の向上
   様々な車載設計に対応するための拡張性が強化されており、次世代の車載システムにも適応可能です。

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＜比較表＞

規格	最大伝送速度	対応ケーブル長	電力供給機能	主な用途	特徴・利点
GMSL1	3Gbps	15m	対応	標準的な車載カメラ・センサー	基本的な通信機能を提供
GMSL2	6Gbps	15m	対応	高解像度映像、複雑なセンサー	高速伝送、耐環境性、電力供給機能
GMSL3	12Gbps	15m以上	対応	高性能ADAS、自動運転システム	超高速伝送、マルチチャネル対応

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GMSLは、車載技術の進化に伴い、伝送速度や機能面で着実に進化を遂げています。GMSL1は基本的な機能を提供し、GMSL2では高性能化が進みました。

さらに、GMSL3は次世代の車載システムに対応するための拡張性を備えています。用途やシステム設計の要件に応じて、適切な規格を選択することが重要です。

GMSLの伝送速度が選ばれる理由とは？

GMSLの伝送速度が選ばれる理由は、車載分野で求められる「リアルタイム性」と「信頼性」を実現するためです。高速な伝送速度により、カメラやセンサーからの膨大なデータを遅延なく処理することが可能です。

例えば、自動運転ではミリ秒単位の判断が要求されます。GMSLは、この厳しい要件に応えるため、最大12Gbpsという高速伝送を実現しました。これにより、高解像度の映像や大量のセンサーデータを劣化させることなく扱えます。

また、GMSLは優れたノイズ耐性を持つため、車両の振動や高温環境といった過酷な条件下でも安定した動作を保証します。このような特性から、GMSLの伝送速度は車載メーカーにとって信頼の技術として選ばれているのです。

GMSL規格の詳細と他規格との違いを徹底比較

MIPI（Mobile Industry Processor Interface）とGMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）は、それぞれ異なる用途で利用されるデータ伝送技術です。

MIPIは、スマートフォンやタブレット内部でのIC間通信に特化し、短距離で高速なデータ伝送を実現します。一方、GMSLは車載システム向けに設計され、高速かつノイズ耐性のある長距離通信を可能にします。

さらに、GMSLはデータと電力を1本のケーブルで統合できるPoC（Power Over Coaxial）をサポートしており、車載環境での配線効率を高めます。このように、用途や通信距離に応じた技術選択がシステム設計の鍵となります。

MIPIとGMSLの利用場面と比較

MIPI（Mobile Industry Processor Interface）

1. 利用場面
   • MIPIは、製品の基板内やデバイス内部でのIC間の通信・データ伝送を目的とした規格です。
   • 例として、スマートフォンのカメラセンサーとアプリケーションプロセッサ（AP）間の通信が挙げられます。
   • 短距離での高速通信が特徴で、シンプルなフラットケーブルやPCBトレースを利用してデータ伝送を行います。
2. 特徴
   • 伝送距離：数センチから数十センチ程度（基板内、デバイス内の配線距離）。
   • データ形式：MIPI CSI-2（カメラセンサー用）やDSI（ディスプレイ用）など。
   • 用途：スマートフォン、タブレット、IoTデバイス、組み込みシステムの内部接続。

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）

1. 利用場面
   • GMSLは、車両内部などで製品間の長距離データ伝送に利用されます。
   • 例えば、車両の外部に設置されたカメラやセンサーから車両制御ユニット（EUC）までのデータを伝送します。
   • 同軸ケーブルやツイストペアケーブルを利用し、信号の損失を抑えながら高いノイズ耐性を確保します。
2. 特徴
   • 伝送距離：数メートルから最大15メートル程度。
   • データ形式：カメラやセンサーからのデータ（高解像度映像やセンサーデータ）をGMSL信号に変換。
   • 用途：車載カメラ、LiDAR、レーダー、車内エンターテイメントシステム。

具体的な利用例と比較

項目	MIPI（短距離通信）	GMSL（長距離通信）
用途例	スマホ内部のカメラセンサーとプロセッサ間の通信	車両外部のカメラとEUC（制御ユニット）間の通信
通信距離	数センチ～数十センチ	数メートル～15メートル程度
接続形態	基板内配線やフラットケーブル	同軸ケーブルやツイストペアケーブル
ノイズ耐性	中程度（シールドが少なく短距離前提）	高い（差動伝送とシールドでEMIに強い）
電力供給	非対応（別途電力供給が必要）	PoC（Power over Coaxial）で電力供給可能
主な使用プロトコル	MIPI CSI-2（カメラ）、DSI（ディスプレイ）	GMSL（センサーやカメラ向けに最適化）
帯域幅	最大数Gbps/レーン（MIPI CSI-2）	最大12Gbps（GMSL3）

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使い分けのポイント

1. MIPIは短距離通信向け
   • 主にデバイス内の設計をシンプルにし、カメラやディスプレイモジュールとの直接通信を行います。
   • スマートフォンやタブレットの設計に最適です。
2. GMSLは長距離通信向け
   • 高速・大容量で、長距離でも信号劣化を抑えた通信が可能です。
   • 車載用途やノイズが多い環境において、センサーやカメラをEUCと接続する場合に適しています。

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MIPIはデバイス内での効率的な通信、GMSLは車載や長距離通信に必要な堅牢性と柔軟性を提供します。これらは互いに補完関係にあり、MIPIカメラのデータをGMSLで伝送する場合にはブリッジICが利用されます。用途や距離、ノイズ耐性を考慮して、適切な技術を選択することが重要です。

LVDSとGMSLの違いを初心者向けに解説

LVDSとGMSLの違いが分からない人向けに以下に違いを解説します。

LVDSとは？

基本概念：LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）は、低電圧差動信号伝送と呼ばれる技術で、1994年にTI（Texas Instruments）が提唱しました。主に、高速・低消費電力でデータを転送するための方法として広く採用されています。

特徴

1. 低電圧: 差動信号の振幅が0.3Vと非常に小さいため、低消費電力。
2. 高速: 最大数Gbpsのデータ伝送が可能。
3. ノイズ耐性: 差動信号であるため、ノイズの影響を受けにくい。
4. 用途: 主に短距離の高速データ伝送に使用。例えば、FPGA間の通信やディスプレイ、センサーの接続。

LVDSは物理層規格であり、シンプルな信号伝送技術です。そのため、プロトコルや制御機能は含まれておらず、通信の実装には追加設計が必要です。

LVDSとGMSLの違い

GMSLはADI社が提供する低電圧伝送技術となります。つまり、GMSLはLVDS技術の1つであり、同じような製品としてTI（テキサスインスツルメンツ社）が提供する FPD-LINKやSony社が提供する GVIFなどもあります。

GMSL ケーブルの特徴と選び方のポイント

GMSLケーブルを選ぶ際に考慮すべき重要な要件を以下に挙げます。これらを満たすことで、信号品質やシステムの信頼性を確保することができます。

1. インピーダンスの適合性
   • ケーブルの特性インピーダンスは指定された範囲（同軸の場合は50Ω、差動の場合は100Ω）を維持する必要がある。
   • インピーダンスの不整合は信号反射や損失の原因となるため、厳密に管理すること。
2. シールド性能
   • 電磁干渉（EMI）を防ぐため、優れたシールド性能を持つケーブルを選択する。
   • 同軸ケーブルやシールド付きツイストペアケーブルが一般的に推奨される。
3. 信号減衰の低さ
   • 長距離伝送での信号損失を抑えるため、低減衰特性を持つケーブルを使用する。
   • 高周波信号の伝送性能を確認することが重要。
4. ケーブル長の最適化
   • 使用するシステムに応じたケーブル長を選定する。
   • 過剰に長いケーブルは信号劣化を招くため、必要最低限の長さに留める。
5. 動作周波数の対応
   • GMSLシステムの伝送周波数帯域に対応したケーブルを選択する。
   • 周波数範囲外のケーブルは性能低下の原因となる。
6. 耐環境性
   • 車載環境に耐えられる振動、高温・低温、湿度、腐食への耐性を確認する。
   • 特にエンジンルームなど過酷な環境で使用する場合、耐熱性や耐振動性が高いケーブルが必要。
7. 柔軟性と取り回しやすさ
   • 車内設計に合わせて柔軟性の高いケーブルを選ぶ。
   • 狭いスペースや複雑な配線が求められる場合、取り回しが容易なものが好ましい。
8. PoC（Power over Coaxial）の対応
   • 電力供給を伴う場合、PoCに対応したケーブルを選ぶ。
   • 電力供給時の電力損失が少ない構造であることが望ましい。
9. 接続部の品質
   • コネクタ部分との接触が確実であることを確認する。
   • 接続不良を防ぐため、ケーブルとコネクタの適合性が重要。
10. 高周波減衰特性：同軸ケーブルの場合、周波数特性表を確認し、伝送するデータの帯域に適した特性を持つものを選定する。
11. 導体の素材 ：高品質な銅導体（例: 無酸素銅）を使用したケーブルが推奨される。導電率が高い素材は信号損失を低減する。

これらの条件を満たしたケーブルを選択することで、GMSLシステムの性能を最大限に引き出し、信頼性の高いデータ伝送を実現できます。忘れてはいけません。この点を意識することで、システム全体の信頼性を高めることが可能です。

GMSLケーブルの具体例：同軸ケーブル RG-174

GMSLシステムにおける同軸ケーブルの選択肢として、RG-174ケーブルがよく使用されます。以下に、その特徴と適性について具体的に説明します。

RG-174ケーブルの特徴

1. 特性インピーダンス
   • 50Ωの特性インピーダンスを持ち、GMSLシステムでの使用に適している。
   • 高周波信号伝送時の反射や損失を最小限に抑えることが可能。
2. 柔軟性
   • 細径かつ柔軟性が高いため、狭いスペースや複雑な車内配線でも取り回しが容易。
3. 外径
   • ケーブル外径は約2.79mmと小型で、省スペース設計が求められる車載環境に適している。
4. シールド性能
   • 編組シールドが施されており、外部の電磁干渉（EMI）を効果的に抑制する。
   • 車載環境の振動やノイズの多い状況下でも信号の安定性を維持可能。
5. 周波数対応
   • 数GHz帯までの高周波信号の伝送に対応しており、GMSLの高速データ伝送にも適合。
6. 軽量性
   • 軽量設計のため、車両全体の重量を抑えたい場合にも効果的。
7. 耐環境性
   • 温度範囲が広く、-40℃から+85℃程度の環境で安定して使用可能。
   • 振動や衝撃にも強く、車載用途に適している。
8. PoC（Power over Coaxial）対応
   • データ伝送と電力供給を1本のケーブルで統合するGMSLのPoCに適合。
   • ケーブル内での電力損失が少ないため、効率的な運用が可能。

RG-174ケーブルの用途例

1. 車載カメラシステム
   • 車外のカメラから車内制御ユニット（EUC）までの映像伝送に使用される。
2. センサー接続
   • LiDARやレーダーセンサーなど、長距離かつ高速伝送が必要な場合に適合。
3. 車内エンターテインメント
   • 車内モニターへの映像・音声伝送で高い信頼性を発揮。

注意点

• 長距離伝送時の減衰を最小化するため、適切なケーブル長の選定が必要。
• ケーブルシールドと接続するコネクタ部分の品質も重要。高品質なBNCやFコネクタの使用が推奨される。

RG-174は、小径、柔軟性、耐環境性、高周波対応という点でGMSLケーブルの要件を満たしており、車載システムにおける同軸ケーブルの実用例として非常に優れている。配線設計の効率化とシステムの信頼性向上を目指す場合に最適な選択肢となる。

知っておきたいGMSL コネクタの重要性

GMSLコネクタは、データ伝送の信頼性を確保するための重要な要素です。車載システムでは振動や温度変化が多いため、高い接続強度と耐久性が求められます。

選択する際には、「接続の安定性」がポイントです。接続不良はシステム全体の動作に影響を及ぼすため、しっかりと固定できる設計のコネクタを選ぶことが必要です。また、「防水・防塵性能」も確認すべきポイントです。特に外部センサーに使用する場合、これらの性能が低いと長期間の使用に耐えられない可能性があります。

さらに、対応するGMSL規格（GMSL2またはGMSL3）に合ったコネクタを選ぶことで、最高の性能を引き出すことができます。このように、適切なコネクタ選びは、車載システムの信頼性向上に直結します。

GMSL規格の基本と応用のポイント

本記事のまとめを以下に列記します。

• GMSL規格は、高速かつ高信頼性のデータ伝送技術である
• 主に自動運転やADAS、車内エンターテインメントに利用される
• 同軸ケーブル1本で映像、音声、制御信号を統合的に伝送可能
• 最大15mの長距離伝送を遅延なく実現する
• PoC（Power Over Coaxial）機能で電力供給を統合できる
• ノイズ耐性が高く、過酷な車載環境でも安定動作する
• 最大12Gbpsの高速伝送が可能（GMSL3基準）
• GMSL1からGMSL3への進化で多チャンネル対応が強化された
• SerDes（Serializer/Deserializer）技術を中核としている
• 車載カメラやセンサーのリアルタイムデータ伝送に最適
• システム設計を簡素化し、ケーブル数とコストを削減できる
• MIPI CSI-2など他規格のデータをGMSLに変換可能
• 車内外で高解像度映像の伝送を実現する
• 高温、振動といった環境条件に優れた耐性を持つ
• 自動運転や次世代の車載技術に欠かせない規格である