DS90UB933-Q1：1-MP/60-fps相機(jī)的FPD-Link III串行器深度解析

在汽車(chē)電子和安防監(jiān)控等領(lǐng)域，對(duì)于高質(zhì)量圖像傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)。DS90UB933-Q1作為一款專(zhuān)為1-MP/60-fps相機(jī)設(shè)計(jì)的FPD-Link III串行器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款串行器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、核心特性

1. 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證與寬溫工作范圍

DS90UB933-Q1通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證，適用于汽車(chē)應(yīng)用。其設(shè)備溫度等級(jí)為2，環(huán)境工作溫度范圍從 -40°C 到 +105°C，能夠在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中穩(wěn)定工作。這一特性確保了在不同的氣候條件下，相機(jī)系統(tǒng)都能正常運(yùn)行，為汽車(chē)的安全駕駛提供了有力保障。

2. 靈活的輸入像素時(shí)鐘支持

該串行器支持37.5-MHz至100-MHz的輸入像素時(shí)鐘，并且提供可編程的數(shù)據(jù)有效負(fù)載。在100-MHz的時(shí)鐘頻率下，既可以選擇10位有效負(fù)載，也可以選擇12位有效負(fù)載，滿(mǎn)足了不同相機(jī)分辨率和幀率的需求。這種靈活性使得工程師在設(shè)計(jì)相機(jī)系統(tǒng)時(shí)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的性能和效率。

3. 強(qiáng)大的同軸供電（PoC）功能

DS90UB933-Q1具備穩(wěn)健的同軸供電（PoC）操作，能夠通過(guò)單根同軸電纜同時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)和電力。這一特性大大簡(jiǎn)化了相機(jī)系統(tǒng)的布線(xiàn)，降低了成本，同時(shí)也減少了電磁干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性。

4. 低延遲雙向控制接口

它擁有連續(xù)低延遲的雙向控制接口通道，并支持400-kHz的I2C通信。這使得相機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳輸和交互。例如，在汽車(chē)的環(huán)視系統(tǒng)中，通過(guò)雙向控制接口可以實(shí)時(shí)調(diào)整相機(jī)的參數(shù)，提高圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

5. 嵌入式時(shí)鐘與直流平衡編碼

采用嵌入式時(shí)鐘和直流平衡編碼技術(shù)，支持交流耦合互連。這種編碼方式能夠有效地減少信號(hào)的失真和干擾，提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量，確保在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

6. 豐富的通用輸入輸出（GPIO）接口

串行器提供4個(gè)專(zhuān)用的通用輸入輸出（GPIO）接口，這些接口與1.8-V、2.8-V或3.3-V的并行輸入兼容。工程師可以根據(jù)需要對(duì)這些GPIO進(jìn)行配置，用于控制和響應(yīng)各種命令，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 汽車(chē)領(lǐng)域

• 環(huán)視系統(tǒng)（SVS）：DS90UB933-Q1可用于汽車(chē)的環(huán)視系統(tǒng)，通過(guò)多個(gè)相機(jī)提供車(chē)輛周?chē)娜皥D像，幫助駕駛員更好地了解車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，提高駕駛安全性。
• 前視相機(jī)（FC）和后視相機(jī)（RVC）：在汽車(chē)的前視和后視相機(jī)中，該串行器能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸高清圖像，為駕駛員提供清晰的視野，減少盲區(qū)。
• 傳感器融合 - 駕駛員監(jiān)控相機(jī)（DMS）：在駕駛員監(jiān)控相機(jī)中，DS90UB933-Q1可以實(shí)時(shí)傳輸駕駛員的圖像數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測(cè)駕駛員的狀態(tài)，如疲勞駕駛、注意力不集中等，提高行車(chē)安全性。
• 遠(yuǎn)程衛(wèi)星雷達(dá)、飛行時(shí)間（ToF）和激光雷達(dá)（LIDAR）傳感器：與這些傳感器配合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和處理，為自動(dòng)駕駛提供更準(zhǔn)確的環(huán)境感知信息。

  2. 安防監(jiān)控領(lǐng)域

  在安防監(jiān)控系統(tǒng)中，DS90UB933-Q1可以用于高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高質(zhì)量的圖像傳輸。其低延遲和高可靠性的特點(diǎn)，能夠確保監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉到關(guān)鍵信息，為安全防范提供有力支持。

  3. 機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域

  在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，該串行器能夠滿(mǎn)足高速、高精度的圖像傳輸需求，為工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域提供了可靠的圖像傳輸解決方案。

三、詳細(xì)描述

1. 系統(tǒng)架構(gòu)

DS90UB933-Q1提供了FPD-Link III接口，包括高速前向通道和雙向控制通道，可通過(guò)單根同軸電纜或差分對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該串行器與解串器配對(duì)使用，適用于電子控制單元（ECU）中成像器和視頻處理器之間的連接。它將10/12位寬的并行LVCMOS數(shù)據(jù)總線(xiàn)和雙向控制通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單個(gè)高速差分對(duì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效傳輸。

2. 功能模式

• 外部振蕩器模式：當(dāng)來(lái)自成像器的像素時(shí)鐘抖動(dòng)超過(guò)芯片組的容限時(shí)，可以使用外部時(shí)鐘源作為參考時(shí)鐘。在這種模式下，GPO3作為外部時(shí)鐘的輸入，GPO2作為分頻時(shí)鐘的輸出，為成像器提供參考時(shí)鐘。
• 成像器像素時(shí)鐘模式：也可以使用成像器的像素時(shí)鐘作為參考時(shí)鐘。在這種模式下，有4個(gè)GPIO可供使用，用于實(shí)現(xiàn)各種控制和通信功能。

  3. 錯(cuò)誤檢測(cè)

  芯片組提供了錯(cuò)誤檢測(cè)功能，用于驗(yàn)證長(zhǎng)距離傳輸和接收過(guò)程中的數(shù)據(jù)完整性。通過(guò)在正向通道上設(shè)置1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和在反向通道上設(shè)置4個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）位，可以檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤，并將檢測(cè)到的錯(cuò)誤數(shù)量存儲(chǔ)在相應(yīng)的寄存器中。這一功能提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

  4. 多相機(jī)同步

  對(duì)于需要多個(gè)相機(jī)進(jìn)行幀同步的應(yīng)用，可使用通用輸入輸出（GPIO）引腳傳輸控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)相機(jī)的同步。不過(guò)，這種同步方式存在一定的非確定性延遲，最大延遲為32 μs，不同相機(jī)之間的最大時(shí)間差為23 μs。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，工程師需要驗(yàn)證不同鏈路之間的時(shí)序變化是否在系統(tǒng)的時(shí)序規(guī)范范圍內(nèi)。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源供應(yīng)

該設(shè)備設(shè)計(jì)為從1.8 V的輸入核心電壓電源供電。在設(shè)計(jì)電源供應(yīng)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 不同部分的電路可能有單獨(dú)的電源和接地端子，以隔離開(kāi)關(guān)噪聲的影響。
• 對(duì)于敏感電路，如PLL，可使用外部濾波器提供干凈的電源。
• 要補(bǔ)償電路板級(jí)的直流壓降，確保施加在輸入引腳的電壓符合要求。

  2. 布局設(shè)計(jì)

• 低噪聲電源饋送：設(shè)計(jì)電路板布局和堆疊時(shí)，要為串行器/解串器設(shè)備提供低噪聲的電源饋送。使用薄電介質(zhì)（2至4密耳）的電源/接地夾層可以提高電源系統(tǒng)的性能，減少外部旁路電容的影響。
• 分離高低頻信號(hào)：將高頻或高電平的輸入和輸出分開(kāi)，以減少不必要的雜散噪聲拾取、反饋和干擾。
• 選擇合適的旁路電容：外部旁路電容應(yīng)包括RF陶瓷和鉭電解電容。RF電容的值可在0.01 μF至0.1 μF之間，鉭電容的值可在2.2-μF至10-μF之間，且鉭電容的額定電壓應(yīng)至少為電源電壓的5倍。
• 優(yōu)化差分線(xiàn)路：使用至少四層板，帶有電源和接地平面。將LVCMOS信號(hào)遠(yuǎn)離差分線(xiàn)路，以防止耦合。推薦使用100 Ω的緊密耦合差分線(xiàn)路，以減少輻射和提高抗干擾能力。

  3. 編程與配置

• I2C接口：通過(guò)I2C接口可以對(duì)DS90UB933-Q1進(jìn)行編程和配置。I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)速率支持高達(dá)400 kbps，滿(mǎn)足快速模式規(guī)范。在使用I2C接口時(shí)，需要注意時(shí)鐘（SCL）和數(shù)據(jù)（SDA）線(xiàn)的上拉電阻選擇，以確保通信的穩(wěn)定性。
• 寄存器映射：了解寄存器映射是正確配置串行器的關(guān)鍵。不同的寄存器用于控制各種功能，如設(shè)備ID、電源和復(fù)位、模式選擇等。工程師需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)這些寄存器進(jìn)行正確的設(shè)置。

五、總結(jié)

DS90UB933-Q1作為一款高性能的FPD-Link III串行器，具有豐富的功能和卓越的性能，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分了解其特性和要求，合理進(jìn)行電源供應(yīng)、布局設(shè)計(jì)和編程配置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過(guò)本文的介紹，能夠幫助大家更好地理解和應(yīng)用DS90UB933-Q1，為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新。你在使用DS90UB933-Q1的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。