詳解DS90UR903Q/DS90UR904Q：FPD - Link II serializer與deserializer的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，視頻傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們就來(lái)深入探討一下德州儀器（TI）的DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片組，它為視頻顯示應(yīng)用提供了出色的解決方案。

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產(chǎn)品概述

DS90UR903Q/DS90UR904Q是一組適用于視頻顯示應(yīng)用的FPD - Link II芯片組，工作在10 MHz至43 MHz的像素時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)。其中，DS90UR903Q作為serializer，能將21位寬的并行LVCMOS數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)換為單條高速差分對(duì)；而DS90UR904Q作為deserializer，則負(fù)責(zé)接收單條串行數(shù)據(jù)流，并將其轉(zhuǎn)換回21位寬的并行數(shù)據(jù)總線。這種設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，有效解決了并行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘路徑之間的偏斜問(wèn)題，顯著降低了系統(tǒng)成本。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高性能數(shù)據(jù)傳輸

• 寬頻率支持：支持10 MHz至43 MHz的輸入PCLK，數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)210 Mbps至903 Mbps，能夠滿足多種視頻傳輸需求。
• 單差分對(duì)互連：采用單差分對(duì)互連方式，結(jié)合嵌入式時(shí)鐘和直流平衡編碼，支持交流耦合互連，可驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá)10米的屏蔽雙絞線，傳輸距離遠(yuǎn)且信號(hào)穩(wěn)定。

靈活配置與監(jiān)控

• I2C兼容接口：具備I2C兼容的串行接口，可用于設(shè)備配置，方便工程師進(jìn)行靈活設(shè)置。
• 硬件地址與狀態(tài)報(bào)告：擁有單硬件設(shè)備尋址引腳和LOCK輸出報(bào)告引腳，前者可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的唯一尋址，后者能有效驗(yàn)證鏈路完整性。

信號(hào)質(zhì)量保障

• 均衡控制：Deserializer輸入提供均衡控制，可補(bǔ)償長(zhǎng)距離傳輸中介質(zhì)帶來(lái)的損耗，確保信號(hào)質(zhì)量。
• 直流平衡編碼：內(nèi)部采用直流平衡編碼/解碼，支持交流耦合互連，進(jìn)一步增強(qiáng)了信號(hào)的穩(wěn)定性。

電源與兼容性

• 單電源供電：采用1.8V單電源供電，降低了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
• 接口兼容：支持1.8V或3.3V兼容的并行總線接口，能與多種系統(tǒng)接口兼容。

可靠性與安全性

• ESD防護(hù)：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的靜電放電防護(hù)能力。
• 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證：經(jīng)過(guò)AEC - Q100 Grade 2認(rèn)證，適用于汽車(chē)級(jí)應(yīng)用，可靠性高。

規(guī)格參數(shù)剖析

絕對(duì)最大額定值

了解芯片的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。DS90UR903Q/DS90UR904Q在不同電壓和溫度條件下都有明確的限制，例如，電源電壓、LVCMOS輸入電壓、CML驅(qū)動(dòng)和接收I/O電壓等都有相應(yīng)的最大和最小值，超出這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。

處理額定值

包括存儲(chǔ)溫度范圍、靜電放電等級(jí)等參數(shù)。該芯片在存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65℃至150℃，并具備多種靜電放電防護(hù)等級(jí)，如人體模型（HBM）、充電設(shè)備模型（CDM）、機(jī)器模型（MM）等，能有效抵御靜電對(duì)設(shè)備的損害。

推薦工作條件

為了使芯片達(dá)到最佳性能，推薦在特定的電源電壓、溫度和時(shí)鐘頻率等條件下工作。例如，電源電壓推薦在1.71V至1.89V（1.8V供電時(shí)）或3.0V至3.6V（3.3V供電時(shí)），工作溫度范圍為 - 40℃至 + 105℃，PCLK時(shí)鐘頻率為10 MHz至43 MHz。

熱信息

提供了芯片的熱阻等參數(shù)，如結(jié)到環(huán)境的熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼的熱阻（RθJC）等。這些參數(shù)有助于工程師進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，確保芯片在工作過(guò)程中不會(huì)因過(guò)熱而影響性能。

電氣特性

詳細(xì)列出了LVCMOS、CML驅(qū)動(dòng)和接收等不同接口的電氣參數(shù)，如輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出短路電流等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要依據(jù)，工程師需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理選擇和匹配。

詳細(xì)設(shè)計(jì)與功能分析

串行幀格式

DS90UR903Q/904Q芯片組以28位符號(hào)的形式傳輸數(shù)據(jù)，其中包含21位視頻數(shù)據(jù)和控制信息，CLK1和CLK0代表串行流中的嵌入式時(shí)鐘。這種數(shù)據(jù)格式經(jīng)過(guò)優(yōu)化，適用于交流耦合鏈路的信號(hào)傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)隨機(jī)化、平衡和加擾處理，提高了信號(hào)的抗干擾能力。

信號(hào)質(zhì)量增強(qiáng)

• 接收器輸入均衡（EQ）：Deserializer的接收器輸入提供了均衡控制功能，可通過(guò)寄存器設(shè)置調(diào)整均衡水平，以補(bǔ)償介質(zhì)損耗，確保長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的信號(hào)質(zhì)量。
• 減少電磁干擾（EMI）：采用接收器交錯(cuò)輸出和可編程擴(kuò)頻時(shí)鐘（SSCG）技術(shù)，有效減少了輸出同時(shí)切換的數(shù)量，降低了電源噪聲，并擴(kuò)展了噪聲頻譜，從而降低了整體EMI。

設(shè)備功能模式

• LVCMOS VDDIO選項(xiàng)：用戶可選擇1.8V或3.3V的SER輸入和DES輸出，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)接口。
• 掉電模式：SER和DES都具備掉電模式，可通過(guò)PDB輸入引腳進(jìn)行控制，在設(shè)備不工作時(shí)節(jié)省功耗。此外，還支持自動(dòng)模式，當(dāng)PCLK或串行流停止時(shí)，設(shè)備可自動(dòng)進(jìn)入掉電模式，當(dāng)信號(hào)恢復(fù)時(shí)，又能快速恢復(fù)正常工作。
• 像素時(shí)鐘邊緣選擇（TRFB/RRFB）：可通過(guò)TRFB/RRFB寄存器選擇像素時(shí)鐘的邊沿，以滿足不同的應(yīng)用需求。

編程與寄存器映射

芯片通過(guò)集成的I2C從控制器進(jìn)行編程，ID[x]引腳用于解碼和設(shè)置設(shè)備的物理從地址。文檔中詳細(xì)列出了DS90UR903Q和DS90UR904Q的控制寄存器映射，包括寄存器地址、名稱、位域、讀寫(xiě)屬性、默認(rèn)值和描述等信息，工程師可根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

應(yīng)用信息

DS90UR903Q/904Q芯片組主要用于主機(jī)（圖形處理器）和顯示器之間的接口，支持21位并行視頻總線，適用于18位色深（RGB666）的顯示格式。同時(shí)，該芯片組也支持相機(jī)應(yīng)用，可將CMOS圖像傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)控制器。

典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

• 連接方式：在典型應(yīng)用中，SER的CML輸出需要通過(guò)0.1 μF的交流耦合電容連接到線路，線路驅(qū)動(dòng)器包含內(nèi)部終端；DES的CML輸入同樣需要使用0.1 μF的耦合電容，接收器也提供內(nèi)部終端。此外，系統(tǒng)GPO信號(hào)可控制PDB和MODE端子，可選的串行總線控制用于設(shè)備配置。
• 交流耦合：芯片組僅支持交流耦合互連，需在FPD - Link II信號(hào)路徑中串聯(lián)外部交流耦合電容。為了減少封裝寄生效應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量下降，建議使用最小可用封裝的電容。
• 上電要求：上電時(shí)，VDDIO電源需先達(dá)到預(yù)期工作電壓（1.8V或3.3V），然后其他電源（VDDn）再開(kāi)始上升。同時(shí)，需在VDD電源穩(wěn)定后延遲并釋放PDB輸入信號(hào)，可通過(guò)外部RC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
• 傳輸介質(zhì)：建議使用屏蔽雙絞線（STP）電纜，其差分阻抗為100Ω，線規(guī)為24 AWG或更低。使用匹配差分阻抗的電纜和連接器可減少阻抗不連續(xù)性，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。芯片組在43 MHz、10米長(zhǎng)度的電纜上可實(shí)現(xiàn)最佳驅(qū)動(dòng)性能，隨著電纜長(zhǎng)度縮短，最大信號(hào)速率可提高至50 MHz。

布局與電源建議

• 布局指南：電路板布局應(yīng)確保為設(shè)備提供低噪聲的電源饋送，將高頻或高電平輸入輸出分開(kāi)，以減少雜散噪聲拾取、反饋和干擾。建議使用至少四層板，包含電源和接地平面，將LVCMOS信號(hào)與差分線分開(kāi)，采用緊密耦合的100Ω差分線進(jìn)行互連。
• 電源建議：芯片設(shè)計(jì)為從1.8V輸入核心電壓電源供電，部分設(shè)備為不同電路部分提供單獨(dú)的電源和接地端子，以隔離開(kāi)關(guān)噪聲影響。建議使用外部旁路電容，包括RF陶瓷和鉭電解電容，以提供有效的電源濾波。

總結(jié)

DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片組憑借其高性能的數(shù)據(jù)傳輸能力、靈活的配置選項(xiàng)、良好的信號(hào)質(zhì)量保障和可靠性，為視頻顯示應(yīng)用提供了全面的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分了解芯片的特性和規(guī)格參數(shù)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、布局和電源管理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和最佳性能。希望本文能為各位工程師在使用該芯片組時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在使用DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片組的過(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。