汽車娛樂系統(tǒng)的理想之選：DS90UH925Q-Q1 720p 24-bit Color FPD-Link III 串行器深度解析

在汽車娛樂系統(tǒng)的設計領域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?、安全性以及穩(wěn)定性是工程師們始終關(guān)注的核心要點。今天，我們就來深入探討一款在這方面表現(xiàn)卓越的產(chǎn)品——DS90UH925Q-Q1 720p 24-bit Color FPD-Link III 串行器。

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一、產(chǎn)品概述

DS90UH925Q-Q1 串行器與 DS90UH926Q-Q1 解串器搭配使用，為汽車娛樂系統(tǒng)中受保護的數(shù)字視頻內(nèi)容的安全分發(fā)提供了理想解決方案。它能夠?qū)⒉⑿?RGB 視頻接口轉(zhuǎn)換為單對高速串行接口，采用行業(yè)標準 HDCP 復制保護方案保護數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，同時支持視頻和音頻數(shù)據(jù)傳輸以及全雙工控制，包括通過單差分鏈路進行的 I2C 通信。這種設計不僅減少了互連尺寸和重量，還消除了偏斜問題，簡化了系統(tǒng)設計。

二、產(chǎn)品特性亮點

2.1 集成 HDCP 加密引擎與片上密鑰存儲

HDCP 加密引擎集成在串行器和解串器中，HDCP 密鑰存儲在片上內(nèi)存。這一特性確保了數(shù)字視頻數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，有效防止內(nèi)容被非法復制和傳播。

2.2 支持高清數(shù)字視頻格式

支持 720p 高清數(shù)字視頻格式，RGB888 + VS、HS、DE 和 I2S 音頻，PCLK 支持 5 至 85 MHz，能夠滿足大多數(shù)汽車娛樂系統(tǒng)對視頻質(zhì)量的要求。

2.3 單 3.3V 操作與兼容的 LVCMOS I/O 接口

采用單 3.3V 電源供電，LVCMOS I/O 接口兼容 1.8V 或 3.3V，具有良好的兼容性和靈活性，方便與其他設備集成。

2.4 低功耗模式

具備低功耗模式，能夠有效降低功耗，延長設備的使用壽命，同時減少對汽車電源系統(tǒng)的負擔。

2.5 汽車級產(chǎn)品

經(jīng)過 AEC-Q100 Grade 2 認證，符合汽車級產(chǎn)品的標準，能夠在惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作，具有高可靠性和穩(wěn)定性。

2.6 低 EMI 設計

通過使用低電壓差分信號、數(shù)據(jù)加擾和隨機化以及擴頻時鐘兼容性，最大限度地降低了 EMI，減少了對其他設備的干擾。

三、引腳配置與功能

DS90UH925Q-Q1 的引腳配置豐富且復雜，不同的引腳承擔著不同的功能，以下是一些主要引腳的介紹：

3.1 LVCMOS 并行接口引腳

• R[7:0]、G[7:0]、B[7:0]：分別為紅色、綠色和藍色并行接口數(shù)據(jù)輸入引腳。若未使用，可留空；部分引腳還可作為 GPIO 使用，增加了引腳的復用性。
• HS、VS、DE：分別為水平同步、垂直同步和數(shù)據(jù)使能輸入引腳，在視頻控制中起著關(guān)鍵作用。
• PCLK：像素時鐘輸入引腳，其選通邊緣由 RFB 配置寄存器設置。

3.2 控制引腳

• PDB：電源關(guān)斷模式輸入引腳，通過控制該引腳的電平，可以使設備進入正常工作模式或電源關(guān)斷模式。
• MODE_SEL：設備配置選擇引腳，用于選擇不同的設備配置模式。

3.3 I2C 引腳

• IDx：用于選擇 I2C 串行控制總線設備 ID 地址，需要外部上拉到 VDD33。
• SCL、SDA：分別為 I2C 時鐘輸入/輸出接口和 I2C 數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，需要外部上拉到 VDD33。

3.4 狀態(tài)引腳

• INTB：HDCP 中斷引腳，用于指示 HDCP 相關(guān)的中斷請求。

3.5 FPD-Link III 串行接口引腳

• DOUT+、DOUT-：分別為真輸出和反相輸出引腳，輸出需要通過 0.1μF 電容進行交流耦合。
• CMF：共模濾波引腳，連接 0.1μF 電容到地，用于對差分對進行額外的共模濾波。

3.6 電源和接地引腳

• VDD33：片上穩(wěn)壓器電源引腳，需要連接 4.7μF 電容到地。
• VDDIO：LVCMOS I/O 電源引腳，需要連接 4.7μF 電容到地。
• GND：接地引腳，通過至少 9 個過孔連接到接地平面。

3.7 穩(wěn)壓器電容引腳

• CAPHS12、CAPP12、CAPL12：用于連接片上穩(wěn)壓器的去耦電容。

四、規(guī)格參數(shù)

4.1 絕對最大額定值

了解產(chǎn)品的絕對最大額定值對于確保設備的安全使用至關(guān)重要。DS90UH925Q-Q1 的一些關(guān)鍵絕對最大額定值如下：

• 電源電壓 VDD33 和 VDDIO 的范圍為 -0.3V 至 4.0V。
• LVCMOS I/O 電壓范圍為 -0.3V 至 VDDIO + 0.3V。
• 串行器輸出電壓范圍為 -0.3V 至 2.75V。
• 結(jié)溫最大為 150°C。

4.2 處理額定值

• 存儲溫度范圍為 -65°C 至 +150°C。
• ESD 額定值：人體模型（HBM）為 ±8kV，充電設備模型（CDM）為 +1.25kV，機器模型（MM）為 +250V。

4.3 推薦工作條件

• 電源電壓 VDD33 和 VDDIO 推薦在 3.0V 至 3.6V 之間，LVCMOS 電源電壓也可選擇 1.71V 至 1.89V。
• 工作自由空氣溫度范圍為 -40°C 至 105°C。
• PCLK 頻率范圍為 5MHz 至 85MHz。
• 電源噪聲最大為 100mVP-p。

4.4 熱信息

了解產(chǎn)品的熱信息有助于合理設計散熱方案，確保設備在正常溫度范圍內(nèi)工作。DS90UH925Q-Q1 的一些熱信息如下：

• 結(jié)到環(huán)境的熱阻為 35°C/W。
• 結(jié)到外殼（頂部）的熱阻為 5.2°C/W。
• 結(jié)到電路板的熱阻為 5.5°C/W。

4.5 直流和交流電氣特性

文檔中詳細列出了 DS90UH925Q-Q1 的各種直流和交流電氣特性，包括輸入輸出電壓、電流、頻率等參數(shù)，這些參數(shù)為工程師在電路設計中提供了重要的參考依據(jù)。

五、詳細功能描述

5.1 高速前向通道數(shù)據(jù)傳輸

高速前向通道（HS_FC）由 35 位數(shù)據(jù)組成，包含 RGB 數(shù)據(jù)、同步信號、HDCP、I2C 和 I2S 音頻，從串行器傳輸?shù)浇獯?。?shù)據(jù)經(jīng)過隨機化、平衡和加擾處理，優(yōu)化了在交流耦合鏈路上的信號傳輸。設備支持 5MHz 至 85MHz 的時鐘，應用有效負載速率最大為 2.975Gbps，實際線路速率最大為 2.975Gbps，最小為 525Mbps。

5.2 低速反向通道數(shù)據(jù)傳輸

低速反向通道（LS_BC）提供了顯示器和主機處理器之間的雙向通信。反向通道控制數(shù)據(jù)與高速前向數(shù)據(jù)、直流平衡編碼和嵌入式時鐘信息一起通過單串行鏈路傳輸，包含 I2C、HDCP、CRC 和 4 位標準 GPIO 信息，線路速率為 10Mbps。

5.3 向后兼容模式

DS90UH925Q-Q1 在 5 - 65MHz 的 PCLK 頻率下與 DS90UR906Q 和 DS90UR908Q FPD Link II 解串器向后兼容，能夠在單串行 FPD-Link II 對上以 140Mbps 至 1.82Gbps 的線路速率傳輸 28 位數(shù)據(jù)。

5.4 共模濾波引腳（CMF）

通過在該引腳上連接 0.1μF 電容到地，可以對差分對進行額外的共模濾波，提高在高噪聲環(huán)境下的抗干擾能力。

5.5 視頻控制信號濾波

在正常模式下，視頻控制信號（DE、HS、VS）具有一定的限制，該功能可以驗證和過濾控制信號上的高頻噪聲，避免出現(xiàn)視覺顯示錯誤。

5.6 電源關(guān)斷（PDB）

通過控制 PDB 輸入引腳，可以使設備進入電源關(guān)斷模式或正常工作模式，在不需要顯示時可以關(guān)閉鏈路以節(jié)省電源。

5.7 遠程自動電源關(guān)斷模式

當配對的解串器進入電源關(guān)斷模式時，串行器會自動進入遠程自動電源關(guān)斷模式，顯著降低功耗；當解串器上電時，串行器自動進入正常上電模式。

5.8 LVCMOS VDDIO 選項

1.8V 或 3.3V 的輸入和輸出由單獨的 VDDIO 電源供電，提供了與外部系統(tǒng)接口信號的兼容性。

5.9 輸入 PCLK 丟失檢測

當輸入時鐘（PCLK）丟失時，串行器可以進入低功耗睡眠狀態(tài)；當檢測到 PCLK 再次出現(xiàn)時，串行器將鎖定到傳入的 PCLK。

5.10 串行鏈路故障檢測

能夠檢測電纜開路、短路等七種故障條件，并通過地址 0x0C 表 6 的第 0 位指示鏈路檢測狀態(tài)。

5.11 像素時鐘邊緣選擇（RFB）

通過 RFB 控制寄存器位可以選擇像素時鐘的哪個邊緣用于鎖存數(shù)據(jù)。

5.12 低頻優(yōu)化（LFMODE）

通過寄存器（0x04[1:0]）或 MODE_SEL 引腳 24 可以設置 LFMODE，控制串行器的工作頻率。

5.13 中斷引腳（INTB）

用于指示 HDCP 相關(guān)的中斷請求，通過一系列寄存器的設置和操作，可以實現(xiàn)中斷的檢測和處理。

5.14 EMI 降低特性

• 輸入 SSC 容限（SSCT）：能夠跟蹤來自主機源的三角輸入擴頻時鐘（SSC）配置文件，幅度偏差最大為 ±2.5%，調(diào)制頻率最大為 35kHz，頻率范圍為 5 - 85MHz。
• GPIO[3:0] 和 GPO_REG[8:4]：在 18 位 RGB 操作模式下，可作為通用 I/O 使用，并提供了相應的啟用序列。
• I2S 傳輸：在正常 24 位 RGB 操作模式下，支持 3 位 I2S 傳輸，還可選擇啟用輔助 I2S 通道。
• HDCP：根據(jù) HDCP v1.3 規(guī)范實現(xiàn)加密功能，對視聽內(nèi)容進行 HDCP 加密。
• 內(nèi)置自測試（BIST）：支持高速串行鏈路和低速反向通道的測試，在原型階段、設備生產(chǎn)、系統(tǒng)測試和診斷中非常有用。

六、設備功能模式

6.1 配置選擇（MODE_SEL）

可以通過 MODE_SEL 輸入引腳或配置寄存器位來配置設備，通過設置不同的電壓比可以選擇 10 種可能的模式之一。

6.2 HDCP 轉(zhuǎn)發(fā)器

當 DS90UH925Q-Q1 和 DS90UH926Q-Q1 配置為 HDCP 轉(zhuǎn)發(fā)器應用時，可以擴展 HDCP 傳輸?shù)蕉鄠€顯示設備，實現(xiàn)對所有 HDCP 接收器的認證和受保護內(nèi)容的分發(fā)。

6.3 轉(zhuǎn)發(fā)器配置

在 HDCP 轉(zhuǎn)發(fā)器應用中，DS90UH925Q-Q1 作為 HDCP 發(fā)送器，DS90UH926Q-Q1 作為 HDCP 接收器。支持兩級 HDCP 轉(zhuǎn)發(fā)器，每個 HDCP 接收器最多可連接三個 HDCP 發(fā)送器。

6.4 轉(zhuǎn)發(fā)器連接

HDCP 轉(zhuǎn)發(fā)器需要在 HDCP 接收器和每個 HDCP 發(fā)送器之間進行特定的連接，包括視頻數(shù)據(jù)、I2C、音頻、IDx 引腳、MODE_SEL 引腳和中斷引腳的連接。

七、編程與寄存器映射

7.1 串行控制總線

DS90UH925Q-Q1 通過與 I2C 協(xié)議兼容的串行控制總線進行配置，該總線還用于主機源控制和監(jiān)控 HDCP 功能的狀態(tài)。支持 16 個設備地址，通過 IDx 引腳設置設備地址。

7.2 寄存器映射

文檔中詳細列出了串行控制總線的寄存器映射表，包括寄存器地址、名稱、位功能、類型、默認值和描述等信息，這些寄存器用于配置設備的各種功能和監(jiān)控設備的狀態(tài)。

八、應用與實現(xiàn)

8.1 應用信息

DS90UH925Q-Q1 與 DS90UH926Q-Q1 配合使用，適用于 HDCP 兼容主機（圖形處理器）和顯示器之間的接口。支持 24 位色深（RGB888）和高清（720p）數(shù)字視頻格式，能夠接收 RGB 數(shù)據(jù)流、控制位和 I2S 總線音頻流，并對視頻和音頻內(nèi)容進行 HDCP 認證和加密。

8.2 典型應用

8.2.1 設計要求

• VDDIO 可選 1.8V 或 3.3V。
• VDD33 為 3.3V。
• DOUT 的交流耦合電容為 100nF。
• PCLK 頻率為 85MHz。

8.2.2 詳細設計步驟

在典型的 85MHz 24 位彩色顯示應用中，CML 輸出需要在高速串行線上使用外部 0.1μF 交流耦合電容，串行器具有內(nèi)部終端。在電源引腳附近放置旁路電容，使用鐵氧體磁珠進行有效噪聲抑制。在 PDB 信號上放置 RC 延遲，以確保設備在電源穩(wěn)定后啟用。

8.2.3 應用曲線

文檔中提供了串行器眼圖和 CML 輸出曲線，這些曲線有助于工程師了解設備在不同條件下的性能表現(xiàn)。

九、電源供應建議

9.1 上電要求和 PDB 引腳

VDD33 和 VDDIO 的電源斜坡上升時間應小于 1.5ms，且為單調(diào)上升。在 PDB 引腳上需要使用大電容，以確保 PDB 在所有 VDD 達到推薦工作電壓后到達。當 PDB 引腳連接到 VDDIO 或 VDD33 時，建議使用 10kΩ 上拉電阻和大于 10μF 的電容到地，以延遲 PDB 輸入信號。

9.2 CML 互連指南

使用 100Ω 耦合差分對，遵循 S/2S/3S 規(guī)則進行間距設置，盡量減少過孔數(shù)量，在高于 500Mbps 線路速度時使用差分連接器，保持走線平衡，最小化對內(nèi)偏斜。

十、布局設計

10.1 布局指南

電路板布局和堆疊應設計為為設備提供低噪聲電源饋送，將高頻或高電平輸入和輸出分開，以減少雜散噪聲拾取、反饋和干擾。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)性能，外部旁路電容應包括 RF 陶瓷和鉭電解類型。建議使用至少四層板，將 LVCMOS 信號與 CML 線分開，CML 互連通常推薦使用緊密耦合的 100 歐姆差分線。

10.2 布局示例

文檔中提供了 WQFN 封裝的模板參數(shù)和布局示例，包括孔徑面積比、制造工藝、焊膏沉積等信息，這些信息對于提高電路板組裝良率非常有幫助。

十一、設備與文檔支持

11.1 文檔支持

提供了相關(guān)的文檔，如應用筆記、接口網(wǎng)站、熱指標文檔等，這些文檔可以幫助工程師更好地了解和使用 DS90UH925Q-Q1。

11.2 靜電放電注意事項

這些設備的內(nèi)置 ESD 保護有限，在存儲或處理時應將引腳短路或放置在導電泡沫中，以防止靜電損壞 MOS 柵極。

11.3 術(shù)語表

提供了術(shù)語表，解釋了文檔中使用的術(shù)語、首字母縮寫詞和定義，方便工程師理解文檔內(nèi)容。

十二、機械、封裝和訂購信息

文檔中提供了 DS90UH925Q-Q1 的機械封裝和訂購信息，包括不同的訂購部件編號、狀態(tài)、材料類型、封裝、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、載體、RoHS 合規(guī)性、引腳涂層/球材料、MSL 評級/峰值回流溫度、工作溫度和部件標記等信息。

DS90UH925Q-Q1 720p 24-bit Color FPD-Link III 串行器以其豐富的功能、出色的性能和可靠的設計，為汽車娛樂系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了一個優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，