支持HDCP的DS90UH949A - Q1：2K HDMI轉FPD - Link III橋接器串行器的深度解析

在電子工程領域，數據傳輸和顯示技術的不斷發展對相關器件提出了更高的要求。DS90UH949A - Q1作為一款支持HDCP的2K HDMI轉FPD - Link III橋接器串行器，在汽車信息娛樂、安全監控等多個領域有著重要的應用。今天我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：ds90uh949a-q1.pdf

一、器件概述

DS90UH949A - Q1符合面向汽車應用的AEC - Q100標準，器件溫度等級2，能在 - 40°C至105°C的環境運行溫度范圍工作，HBM ESD分類等級2，CDM ESD分類等級C5 。它可將HDMI v1.4b輸入進行序列化，支持高達2K的視頻分辨率和24位色深，通過經濟高效的50Ω單端同軸電纜或100Ω差分屏蔽雙絞線（STP）和屏蔽四路絞線（STQ）電纜提供單通道或雙通道高速串行流。

二、特性亮點

（一）高分辨率視頻支持

支持高達210MHz的TMDS時鐘，可實現2K（2880x1080）分辨率（24位色深），無論是單路還是雙路FPD - Link III輸出，都能滿足不同應用場景下的高清視頻傳輸需求。這對于汽車信息娛樂系統中的數字儀表板、后座娛樂系統等需要高畫質顯示的設備來說，無疑是一個很好的選擇。

（二）多接口兼容性

• HDMI接口：高清多媒體（HDMI）v1.4b兼容輸入，還支持HDMI模式DisplayPort（DP++）輸入，可廣泛適配各種HDMI信號源。
• HDCP功能：集成型HDCP v1.4密碼引擎，支持片上密鑰存儲，支持HDCP中繼器應用，可在輸入端對HDMI音頻和視頻數據進行解密，并在將數據發送給FPD - Link III接口前重新加密，保障了數據傳輸的安全性。
• 音頻提取：最多支持8通道的HDMI音頻提取，同時支持通過外部I2S接口接收多通道音頻，還具有可選的輔助音頻接口，滿足多樣化的音頻傳輸需求。

（三）低電磁干擾設計

FPD - Link III接口支持通過同一條差分鏈路進行視頻和音頻數據傳輸以及全雙工控制（包括I2C通信）。通過兩個差分對實現視頻數據和控制的整合可減小互連線尺寸和重量，并簡化系統設計。同時，通過使用低壓差分信號、數據換序和隨機生成最大限度地減少了電磁干擾（EMI）。

（四）高速反向通道

具備高速反向通道，支持速率高達2Mbps的GPIO，可實現快速的數據反饋和控制。

（五）時鐘跟蹤與控制

可跟蹤擴頻輸入時鐘以降低EMI，具有1Mbps快速模式增強版的I2C（主/從）以及SPI直通接口，方便進行系統的配置和控制。

三、應用領域

（一）汽車信息娛樂

• 車載信息娛樂（IVI）主機和人機交互界面（HMI）模塊：為用戶提供高清的視頻和音頻體驗，提升駕駛的娛樂性和交互性。
• 后座娛樂系統：讓后座乘客能夠享受高質量的視頻內容，增加旅途的樂趣。
• 數字儀表板：以清晰、準確的畫面顯示車輛的各種信息，提高駕駛的安全性和舒適性。

（二）安全和監控攝像機

在一些需要高清視頻傳輸的監控場景中，DS90UH949A - Q1能夠穩定地將視頻信號傳輸到顯示終端，確保監控畫面的清晰和流暢。

（三）消費類輸入HDMI端口

可用于各類消費電子設備，如電視、投影儀等，實現HDMI信號的轉換和傳輸。

四、引腳配置與功能

文檔中詳細列出了引腳的相關信息，包括名稱、編號、輸入/輸出類型以及功能描述。例如，HDMI TMDS輸入引腳（IN_CLK - 、IN_CLK +等）用于接收TMDS信號，FPD - Link III串行輸出引腳（DOUT0 - 、DOUT0 +等）用于輸出串行數據等。這些引腳的合理配置和連接是實現器件正常工作的關鍵，工程師在設計過程中需要根據具體的應用需求進行準確的引腳連接和電路設計。

五、電氣特性與參數

（一）絕對最大額定值和ESD額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保器件的安全使用至關重要。同時，ESD額定值也體現了器件的抗靜電能力，在實際應用中需要采取相應的防靜電措施，以避免器件受到靜電損壞。

（二）推薦工作條件

文檔中給出了各個電源電壓、工作溫度等參數的推薦范圍。例如，VDD11的推薦范圍是1.045V至1.155V，VDD18的推薦范圍是1.71V至1.89V等。在設計電源電路時，必須確保這些電壓參數在推薦范圍內，以保證器件的穩定工作。

（三）DC和AC電氣特性

包括輸入輸出電壓、電流、頻率等參數，這些參數對于評估器件的性能和進行電路設計具有重要的參考價值。例如，FPD - Link II差分驅動器的輸出差分電壓為900 - 1200mVp.p ，這一參數決定了信號的強度和質量。

六、功能模塊與工作模式

（一）HDMI接收控制器

HDMI接收器是符合HDMI版本1.4b的接收器，能夠在大于2K分辨率下正常工作，雖然不包括以太網通道（HEC）或音頻返回通道（ARC）等1.4b版本的部分特性，但對于大多數應用場景來說已經足夠。

（二）TMDS信號傳輸

HDMI使用Transition Minimized Differential Signaling（TMDS）技術，通過四個差分對（3個TMDS通道和1個TMDS時鐘）傳輸視頻和音頻數據。這種技術采用8b/10b編碼，能夠有效減少電磁干擾并實現高偏斜容忍度。

（三）EDID功能

DS90UH949A - Q1支持多種EDID配置選項，包括外部本地EDID（EEPROM）、內部EDID（SRAM）、外部遠程EDID和內部預編程EDID。通過MODE_SEL引腳或內部控制寄存器可以選擇不同的EDID模式，以滿足不同顯示設備的需求。

（四）FPD - Link III工作模式

支持單鏈路、雙鏈路和復制模式等多種工作模式。單鏈路模式適用于較低分辨率的視頻傳輸，雙鏈路模式可支持高達210MHz的HDMI時鐘頻率，實現全2K視頻傳輸。復制模式則可將相同的視頻信號傳輸到兩個獨立的接收器，適用于一些特殊的顯示需求。

七、編程與寄存器配置

該器件可以通過I2C - 兼容的串行控制總線進行配置，多個器件可以共享該總線，最多支持8個設備地址。通過IDx引腳和電阻分壓器可以設置設備地址，同時需要注意I2C信號的外部上拉電阻的選擇和配置。文檔中詳細列出了各個寄存器的功能和配置方法，工程師在實際應用中需要根據具體需求對這些寄存器進行正確的配置，以實現器件的各種功能。

八、應用設計要點

（一）設計要求

• AC耦合：SER/DES支持僅通過集成DC - 平衡解碼方案的AC耦合互連，需要在FPD - Link III信號路徑中串聯外部AC耦合電容器。
• 電容選擇：對于不同的解串器，需要選擇合適的AC耦合電容值。例如，與92x解串器連接時，DOUT0和DOUT1的AC耦合電容為100nF；與94x解串器連接時，可為33nF或100nF。

（二）高速互連指南

在進行高速FPD - Link III傳輸設計時，需要遵循一些互連指南，如使用100Ω耦合差分對、采用S/2S/3S規則進行布線間距設置、盡量減少過孔數量、使用差分連接器、保持走線平衡、盡量減少對內偏斜以及在靠近TX輸出和RX輸入處進行端接等。

（三）布局設計

• 電源布局：電路布局應提供低噪聲電源，使用薄電介質（2至4mil）的電源/接地夾層可提高電源系統性能，外部旁路電容器應包括RF陶瓷和鉭電解類型，且推薦使用MLCC表面貼裝電容器。
• 信號布線：使用至少四層板，將LVCMOS信號與LVDS線分開布線，緊密耦合的100Ω差分線有助于減少噪聲輻射和干擾。同時，從器件中心DAP到接地平面至少需要9個熱過孔，以確保良好的散熱和接地性能。

九、總結

DS90UH949A - Q1作為一款功能強大的HDMI轉FPD - Link III橋接器串行器，具有高分辨率視頻支持、多接口兼容性、低電磁干擾等諸多優點，適用于汽車信息娛樂、安全監控等多個領域。在實際應用中，工程師需要深入了解其特性、引腳配置、電氣參數、工作模式以及應用設計要點，才能充分發揮該器件的性能，設計出穩定、可靠的系統。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的？歡迎在評論區分享交流。