DS90UB940-Q1：1080p FPD-Link III 至 CSI-2 解串器的全面解析

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，視頻傳輸技術(shù)不斷發(fā)展，汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)Ω咔逡曨l傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)。DS90UB940-Q1 作為一款高性能的 FPD-Link III 至 CSI-2 解串器，為解決高清視頻傳輸問(wèn)題提供了優(yōu)秀的解決方案。今天我們就來(lái)深入探討一下這款解串器的特點(diǎn)、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

DS90UB940-Q1 是一款符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的 FPD-Link III 解串器，能夠在 -40°C 至 +105°C 的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作。它與 DS90UH949/947/929-Q1 系列串行器配合使用，可以將 1 通道或 2 通道的 FPD-Link III 流轉(zhuǎn)換為 MIPI? CSI-2 格式，支持高達(dá) WUXGA 和 1080p60 的視頻分辨率，具有 24 位色深。該解串器能夠通過(guò)經(jīng)濟(jì)高效的 50-Ω 單端同軸電纜或 100-Ω 差分屏蔽雙絞線（STP）電纜實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）高速數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換能力

DS90UB940-Q1 支持高達(dá) 170 MHz 的像素時(shí)鐘頻率，能夠處理高速的 FPD-Link III 串行流。在 1 通道 FPD-Link III 模式下，線速率最高可達(dá) 3.36 Gbps；在 2 通道模式下，每通道線速率最高可達(dá) 2.975 Gbps。它能夠?qū)⑦@些高速串行流轉(zhuǎn)換為 CSI-2 MIPI 接口，支持 4 個(gè)數(shù)據(jù)通道 + 1 個(gè)時(shí)鐘通道，或在復(fù)制模式下支持 8 個(gè)數(shù)據(jù)通道 + 2 個(gè)時(shí)鐘通道，為高清視頻傳輸提供了強(qiáng)大的支持。

（二）豐富的接口與功能

1. MIPI? D-PHY / CSI-2 發(fā)射器：提供 CSI-2 輸出端口，支持 2 通道或 4 通道操作，每通道速率高達(dá) 1.3 Gbps。支持多種視頻格式，如 RGB888/666/565、YUV422/420、RAW8/10/12 等，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
2. 高速 GPIO 接口：具備四個(gè)高速 GPIO 引腳，每個(gè)引腳速率可達(dá) 2 Mbps，可用于傳輸額外的控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。
3. 自適應(yīng)接收均衡：能夠補(bǔ)償高達(dá) -15.3 dB 的通道插入損耗，自動(dòng)進(jìn)行溫度和電纜老化補(bǔ)償，確保信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸和復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。
4. SPI 和 I2C 控制接口：支持高達(dá) 3.3 Mbps 的 SPI 控制接口和 1-Mbps 快速模式的 I2C 接口，方便進(jìn)行設(shè)備的配置和控制。
5. I2S 音頻接口：具有六個(gè) I2S 輸出引腳，與兼容的串行器配合使用時(shí)，可支持環(huán)繞聲音頻應(yīng)用，位時(shí)鐘頻率范圍為 1 MHz 至小于 < PCLK/2 或 < 13 MHz 中的較小值。

（三）自動(dòng)鎖相與同步功能

該解串器無(wú)需單獨(dú)的參考時(shí)鐘源即可鎖定數(shù)據(jù)流，能夠自動(dòng)同步到串行器，無(wú)論數(shù)據(jù)模式如何，都能提供真正的自動(dòng)插拔和鎖定性能。它可以在不需要特殊訓(xùn)練模式或同步字符的情況下鎖定輸入的串行流，并通過(guò)提取嵌入式時(shí)鐘信息來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本。

（四）內(nèi)置測(cè)試與診斷功能

可選的全速內(nèi)置自測(cè)試（BIST）功能支持在無(wú)需外部數(shù)據(jù)連接的情況下測(cè)試高速串行鏈路和低速反向通道，這在原型設(shè)計(jì)階段、設(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試和系統(tǒng)診斷中非常有用。通過(guò) BIST 功能，可以快速檢測(cè)鏈路中的錯(cuò)誤，確保系統(tǒng)的可靠性。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

DS90UB940-Q1 主要應(yīng)用于汽車信息娛樂系統(tǒng)，如中央信息顯示屏、后排娛樂系統(tǒng)和數(shù)字儀表盤等。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，需要高速、穩(wěn)定的視頻傳輸來(lái)提供清晰的圖像和流暢的用戶體驗(yàn)，DS90UB940-Q1 的高性能和可靠性能夠很好地滿足這些需求。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）電源供應(yīng)與布線

1. 電源供應(yīng)：該設(shè)備為電路的不同部分提供了單獨(dú)的電源和接地引腳，以隔離不同部分電路之間的開關(guān)噪聲影響。在設(shè)計(jì)電源時(shí)，建議從最高電壓軌到最低電壓軌依次供電。對(duì)于 3.3-V IO 操作，VDDIO 和 VDD33 可以由同一電源供電并同時(shí)上升。在 PDB 引腳上使用大電容，確保 PDB 在所有電源引腳達(dá)到推薦工作電壓后才有效。當(dāng) PDB 引腳拉高到 VDD33 時(shí)，需要一個(gè) 10-kΩ 上拉電阻和一個(gè)大于 10-μF 的電容接地，以延遲 PDB 輸入信號(hào)的上升。
2. 布線：在 PCB 設(shè)計(jì)中，要確保 FPD-Link III 設(shè)備的電路板布局和疊層能夠?yàn)樵O(shè)備提供低噪聲的電源饋送。將高頻或高電平的輸入輸出分開，以減少不必要的雜散噪聲拾取、反饋和干擾。對(duì)于 FPD-Link III 信號(hào)跡線，建議使用 100-Ω 耦合差分對(duì)，并遵循 S/2S/3S 規(guī)則進(jìn)行間距設(shè)置，盡量減少過(guò)孔數(shù)量，保持跡線平衡，減少對(duì)內(nèi)的偏斜，并盡可能靠近 TX 輸出和 RX 輸入進(jìn)行端接。對(duì)于 CSI-2 信號(hào)，要控制差分阻抗為 100-Ω（±20%）或單端阻抗為 50-Ω（±15%），遠(yuǎn)離其他高速信號(hào)，控制對(duì)內(nèi)和對(duì)間的長(zhǎng)度不匹配，減少差分跡線的彎曲，盡量在同一層布線，減少過(guò)孔數(shù)量，避免在平面分割上布線等。

（二）寄存器配置與編程

DS90UB940-Q1 可以通過(guò) I2C 兼容的串行控制總線進(jìn)行配置。設(shè)備地址通過(guò)連接到 IDx 引腳的電阻分壓器設(shè)置，支持多個(gè)設(shè)備共享串行控制總線。在進(jìn)行寄存器配置時(shí)，需要注意不同寄存器的功能和設(shè)置要求，例如，通過(guò)設(shè)置相關(guān)寄存器可以選擇不同的工作模式、配置 GPIO 引腳的功能、控制自適應(yīng)均衡器的參數(shù)等。同時(shí)，要注意 I2C 通信的時(shí)序要求，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。

（三）多主仲裁與通信

在系統(tǒng)中可能存在多個(gè) I2C 主設(shè)備，F(xiàn)PD-Link III 設(shè)備的雙向控制通道實(shí)現(xiàn)了 I2C 兼容的總線仲裁。在發(fā)送數(shù)據(jù)位時(shí)，每個(gè) I2C 主設(shè)備會(huì)檢測(cè) SDA 線上的值，如果主設(shè)備發(fā)送邏輯 1 但檢測(cè)到邏輯 0，則該主設(shè)備會(huì)失去仲裁，停止驅(qū)動(dòng) SDA 并在總線空閑時(shí)重試事務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，要注意避免一些可能導(dǎo)致 I2C 總線出現(xiàn)未定義狀態(tài)的情況，如一個(gè)主設(shè)備在另一個(gè)主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)位時(shí)生成重復(fù)開始、停止信號(hào)等。對(duì)于較新的 FPD-Link III 設(shè)備（DS90UB94x-Q1），串行器或解串器寄存器可以同時(shí)從本地和遠(yuǎn)程 I2C 主設(shè)備訪問(wèn)，但對(duì)于較舊的設(shè)備，需要對(duì)寄存器訪問(wèn)進(jìn)行限制，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

五、總結(jié)

DS90UB940-Q1 解串器以其高速的數(shù)據(jù)傳輸能力、豐富的接口功能、自動(dòng)鎖相與同步特性以及內(nèi)置的測(cè)試診斷功能，為汽車信息娛樂等領(lǐng)域的高清視頻傳輸提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分考慮電源供應(yīng)、布線、寄存器配置和多主仲裁等方面的要點(diǎn)，以確保設(shè)備能夠發(fā)揮最佳性能。希望通過(guò)本文的介紹，能讓大家對(duì) DS90UB940-Q1 有更深入的了解，在實(shí)際設(shè)計(jì)中能夠更加得心應(yīng)手。大家在使用這款解串器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。