汽車電子利器：DS90UB921-Q1串行器深度解析

在汽車電子飛速發(fā)展的今天，對于高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸需求日益增長。DS90UB921-Q1作為一款專為汽車電子應(yīng)用打造的串行器，以其卓越的性能和豐富的特性，在車載顯示和圖像傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來深入剖析這款芯片。

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一、DS90UB921-Q1芯片概述

DS90UB921-Q1是一款適用于汽車電子應(yīng)用的串行器，它與DS90UB922-Q1、DS90UB926Q-Q1、DS90UB928Q-Q1、DS90UB948Q1或DS90UB940-Q1解串器配套使用，能提供完整的數(shù)字接口，實現(xiàn)汽車顯示屏和圖像傳感應(yīng)用中視頻、音頻和控制數(shù)據(jù)的高速并行傳輸。該芯片組非常適合WVGA和HD格式的車載視頻顯示系統(tǒng)，整合了嵌入式雙向控制通道和低延遲GPIO控制，將并行接口轉(zhuǎn)換為單對高速串行化接口，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

二、芯片特性亮點

（一）汽車級標(biāo)準(zhǔn)與可靠性

該芯片符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，器件溫度等級2為 - 40℃至 + 105℃的環(huán)境運行溫度范圍，能適應(yīng)汽車復(fù)雜的工作環(huán)境。人體放電模型（HBM）靜電放電（ESD）分類等級達(dá)±8kV，組件充電模式（CDM）ESD分類等級為C6，具有出色的抗靜電能力，保證了芯片在使用過程中的可靠性。

（二）視頻格式與時鐘支持

支持?jǐn)U展高清（1920x720p/60Hz）數(shù)字視頻格式，為車載高清顯示提供了可能。支持5MHz - 96MHz像素時鐘（PCLK）（STP模式）以及15MHz - 96MHz PCLK（同軸模式），能滿足不同應(yīng)用場景下的時鐘需求。

（三）接口與控制特性

采用RGB888 + VS、HS和DE的并行LVCMOS視頻輸入，允許存在幅值偏差的擴頻輸入，增強了輸入信號的適應(yīng)性。擁有4條可選的雙向GPIO通道和雙向控制接口通道接口，可連接到I2C兼容串行控制總線，方便實現(xiàn)各種控制功能。同時，還支持可選的I2S，可用于音頻數(shù)據(jù)的傳輸。

（四）低功耗與EMI優(yōu)化

低功率模式能最大限度地減少功率耗散，降低芯片的能耗。通過使用低壓擺幅信令、數(shù)據(jù)換序和隨機生成以及擴頻定時兼容性，最大限度地減少了電磁干擾（EMI），提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

三、引腳配置與功能詳解

DS90UB921-Q1的引腳功能豐富多樣，涵蓋了LVCMOS并行接口、控制接口、串行接口、電源和接地等多個方面。

（一）LVCMOS并行接口

如DIN[23:0]等引腳作為并行接口數(shù)據(jù)輸入引腳，為視頻數(shù)據(jù)的輸入提供了通道。不同的引腳組合對應(yīng)著不同的顏色分量（如R、G、B），方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。

（二）控制接口

PDB引腳用于控制芯片的電源狀態(tài)，PDB = H時，設(shè)備正常工作；PDB = L時，設(shè)備進(jìn)入低功耗狀態(tài)。MODE_SEL引腳可用于設(shè)備的配置選擇，通過不同的電壓設(shè)置可實現(xiàn)多種工作模式。

（三）串行接口

DOUT+和DOUT - 作為FPD - Link III串行接口的輸出引腳，采用LVDS信號傳輸，輸出必須進(jìn)行AC耦合，確保信號的穩(wěn)定傳輸。

（四）電源與接地

VDD33和VDDIO分別為芯片的不同部分提供電源，GND引腳連接到接地平面，保證芯片的正常供電和穩(wěn)定工作。同時，在電源引腳處需要連接適當(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電容/" target="_blank">電容進(jìn)行濾波和去耦。

四、電氣特性分析

（一）絕對最大額定值

了解芯片的絕對最大額定值對于正確使用芯片至關(guān)重要。例如，Supply voltage - VDD33和Supply voltage - VDDIO的范圍為 - 0.3V至4V，超出這個范圍可能會對芯片造成永久性損壞。

（二）ESD額定值

芯片具有較高的ESD額定值，如人體放電模型（HBM）為 + 8000V，能有效防止靜電對芯片的損害。

（三）推薦工作條件

在推薦工作條件下，芯片能發(fā)揮最佳性能。例如，Supply voltage (VDD33)的推薦范圍為3V至3.6V，Operating free - air temperature (TA)為 - 40℃至105℃。

（四）熱信息

了解芯片的熱信息有助于進(jìn)行散熱設(shè)計。如ReJA（Junction - to - ambient thermal resistance）為29℃/W，可根據(jù)這個參數(shù)計算芯片在工作時的溫度上升情況。

五、詳細(xì)功能描述

（一）整體架構(gòu)與工作模式

DS90UB921-Q1通過單條串行FPD - Link III通道以高達(dá)3.36Gbps的線速率傳輸35位符號，串行流包含嵌入式時鐘、視頻控制信號以及直流平衡的視頻和音頻數(shù)據(jù)，支持交流耦合，提高了信號質(zhì)量。該芯片有顯示模式和相機模式兩種工作模式，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

（二）高速前向通道與低速后向通道

高速前向通道（HS_FC）可傳輸DIN[23:0]或RGB[7:0]或YUV數(shù)據(jù)、同步信號、I2C和I2S音頻等，數(shù)據(jù)經(jīng)過優(yōu)化處理，能在AC耦合鏈路上高效傳輸。低速后向通道（LS_BC）提供了顯示和主機處理器之間的雙向通信，可傳輸I2C、CRC和4位標(biāo)準(zhǔn)GPIO信息，數(shù)據(jù)速率會根據(jù)不同的模式自動配置。

（三）其他特性

1. 視頻控制信號過濾：在正常模式下，視頻控制信號（DE、HS、VS）有一定的限制，通過控制信號過濾功能可有效過濾高頻噪聲，避免出現(xiàn)顯示錯誤。
2. EMI降低特性：芯片能夠跟蹤高達(dá)±2.5%振幅偏差（中心擴展）、最高35kHz調(diào)制的三角輸入擴頻時鐘（SSC）曲線，減少電磁干擾。
3. LVCMOS VDDIO選項：支持1.8V或3.3V的輸入和輸出，可根據(jù)外部系統(tǒng)接口信號進(jìn)行靈活配置。
4. 電源管理特性：具有電源關(guān)閉（PDB）功能，可在不需要顯示時關(guān)閉鏈路以節(jié)省功率。還支持遠(yuǎn)程自動電源關(guān)閉模式，當(dāng)檢測不到后向通道時，芯片會自動進(jìn)入低功耗狀態(tài)，檢測到活動后向通道時會自動恢復(fù)正常工作。

六、應(yīng)用與實現(xiàn)

（一）典型應(yīng)用場景

DS90UB921-Q1與DS90UB948-Q1配合，可用于主機（圖形處理器）和顯示器之間的接口，支持24位色深（RGB888）和擴展高清數(shù)字視頻格式，能接收高達(dá)96MHz像素率的RGB流和高達(dá)192kHz音頻采樣率的I2S - bus音頻流。

（二）AVMUTE操作

在使用DS90UB921-Q1時，可在消隱期（DE = L）發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。若發(fā)送特定模式（24'h666666），配對的解串器將進(jìn)入AVMUTE模式。通過設(shè)置0x04[1] = "1"可防止在消隱期發(fā)送視頻，避免進(jìn)入AVMUTE模式。

（三）設(shè)計要點

在設(shè)計應(yīng)用時，需要注意輸入?yún)?shù)的選擇，如VDDIO可選擇1.8V或3.3V，VDD33為3.3V，PCLK頻率根據(jù)具體需求設(shè)置。同時，在CML輸出端需要使用適當(dāng)?shù)腁C耦合電容，以保證信號的穩(wěn)定傳輸。

七、電源與布局建議

（一）電源供應(yīng)

VDDIO和VDD33的供電需要滿足一定的時序和上升時間要求。當(dāng)VDDIO和VDD33分開供電時，VDDIO應(yīng)提前100us上升。PDB引腳的控制也需要注意，若不由微控制器控制，需要在該引腳添加大電容以確保其在電源穩(wěn)定后到達(dá)。

（二）布局設(shè)計

在PCB布局時，應(yīng)采用至少四層板，包含電源和接地平面。將LVCMOS信號與CML線分開布局，以防止耦合干擾。使用100Ω耦合差分對進(jìn)行CML互連，遵循S/2S/3S規(guī)則進(jìn)行布線，盡量減少過孔數(shù)量，保證信號的完整性。

DS90UB921-Q1作為一款高性能的汽車電子串行器，以其豐富的特性和出色的性能，為汽車顯示和圖像傳感應(yīng)用提供了強大的支持。在實際設(shè)計中，我們需要深入了解其特性和要求，合理進(jìn)行引腳配置、電氣設(shè)計和布局設(shè)計，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。大家在使用這款芯片的過程中，有沒有遇到什么有趣的問題或者獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。