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

在當今的電子設計領域，視頻傳輸技術不斷發展，汽車電子、工業控制等領域對高清視頻傳輸的需求日益增長。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題提供了優秀的解決方案。今天我們就來深入探討一下這款解串器的特點、功能以及在實際應用中的設計要點。

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一、產品概述

DS90UB940-Q1 是一款符合 AEC-Q100 標準的 FPD-Link III 解串器，能夠在 -40°C 至 +105°C 的環境溫度下穩定工作。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 流轉換為 MIPI? CSI-2 格式，支持高達 WUXGA 和 1080p60 的視頻分辨率，具有 24 位色深。該解串器能夠通過經濟高效的 50-Ω 單端同軸電纜或 100-Ω 差分屏蔽雙絞線（STP）電纜實現高速數據傳輸。

二、產品特性亮點

（一）高速數據傳輸與轉換能力

DS90UB940-Q1 支持高達 170 MHz 的像素時鐘頻率，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 3.36 Gbps；在 2 通道模式下，每通道線速率最高可達 2.975 Gbps。它能夠將這些高速串行流轉換為 CSI-2 MIPI 接口，支持 4 個數據通道 + 1 個時鐘通道，或在復制模式下支持 8 個數據通道 + 2 個時鐘通道，為高清視頻傳輸提供了強大的支持。

（二）豐富的接口與功能

1. MIPI? D-PHY / CSI-2 發射器：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 1.3 Gbps。支持多種視頻格式，如 RGB888/666/565、YUV422/420、RAW8/10/12 等，滿足不同應用場景的需求。
2. 高速 GPIO 接口：具備四個高速 GPIO 引腳，每個引腳速率可達 2 Mbps，可用于傳輸額外的控制信號或數據。
3. 自適應接收均衡：能夠補償高達 -15.3 dB 的通道插入損耗，自動進行溫度和電纜老化補償，確保信號在長距離傳輸和復雜環境下的穩定性。
4. SPI 和 I2C 控制接口：支持高達 3.3 Mbps 的 SPI 控制接口和 1-Mbps 快速模式的 I2C 接口，方便進行設備的配置和控制。
5. I2S 音頻接口：具有六個 I2S 輸出引腳，與兼容的串行器配合使用時，可支持環繞聲音頻應用，位時鐘頻率范圍為 1 MHz 至小于 < PCLK/2 或 < 13 MHz 中的較小值。

（三）自動鎖相與同步功能

該解串器無需單獨的參考時鐘源即可鎖定數據流，能夠自動同步到串行器，無論數據模式如何，都能提供真正的自動插拔和鎖定性能。它可以在不需要特殊訓練模式或同步字符的情況下鎖定輸入的串行流，并通過提取嵌入式時鐘信息來恢復時鐘和數據，大大簡化了系統設計的復雜性和成本。

（四）內置測試與診斷功能

可選的全速內置自測試（BIST）功能支持在無需外部數據連接的情況下測試高速串行鏈路和低速反向通道，這在原型設計階段、設備生產、系統內測試和系統診斷中非常有用。通過 BIST 功能，可以快速檢測鏈路中的錯誤，確保系統的可靠性。

三、應用場景

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

四、設計要點

（一）電源供應與布線

1. 電源供應：該設備為電路的不同部分提供了單獨的電源和接地引腳，以隔離不同部分電路之間的開關噪聲影響。在設計電源時，建議從最高電壓軌到最低電壓軌依次供電。對于 3.3-V IO 操作，VDDIO 和 VDD33 可以由同一電源供電并同時上升。在 PDB 引腳上使用大電容，確保 PDB 在所有電源引腳達到推薦工作電壓后才有效。當 PDB 引腳拉高到 VDD33 時，需要一個 10-kΩ 上拉電阻和一個大于 10-μF 的電容接地，以延遲 PDB 輸入信號的上升。
2. 布線：在 PCB 設計中，要確保 FPD-Link III 設備的電路板布局和疊層能夠為設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。對于 FPD-Link III 信號跡線，建議使用 100-Ω 耦合差分對，并遵循 S/2S/3S 規則進行間距設置，盡量減少過孔數量，保持跡線平衡，減少對內的偏斜，并盡可能靠近 TX 輸出和 RX 輸入進行端接。對于 CSI-2 信號，要控制差分阻抗為 100-Ω（±20%）或單端阻抗為 50-Ω（±15%），遠離其他高速信號，控制對內和對間的長度不匹配，減少差分跡線的彎曲，盡量在同一層布線，減少過孔數量，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 I2C 兼容的串行控制總線進行配置。設備地址通過連接到 IDx 引腳的電阻分壓器設置，支持多個設備共享串行控制總線。在進行寄存器配置時，需要注意不同寄存器的功能和設置要求，例如，通過設置相關寄存器可以選擇不同的工作模式、配置 GPIO 引腳的功能、控制自適應均衡器的參數等。同時，要注意 I2C 通信的時序要求，確保數據的正確傳輸。

（三）多主仲裁與通信

在系統中可能存在多個 I2C 主設備，FPD-Link III 設備的雙向控制通道實現了 I2C 兼容的總線仲裁。在發送數據位時，每個 I2C 主設備會檢測 SDA 線上的值，如果主設備發送邏輯 1 但檢測到邏輯 0，則該主設備會失去仲裁，停止驅動 SDA 并在總線空閑時重試事務。在實際應用中，要注意避免一些可能導致 I2C 總線出現未定義狀態的情況，如一個主設備在另一個主設備發送數據位時生成重復開始、停止信號等。對于較新的 FPD-Link III 設備（DS90UB94x-Q1），串行器或解串器寄存器可以同時從本地和遠程 I2C 主設備訪問，但對于較舊的設備，需要對寄存器訪問進行限制，以避免出現錯誤。

五、總結

DS90UB940-Q1 解串器以其高速的數據傳輸能力、豐富的接口功能、自動鎖相與同步特性以及內置的測試診斷功能，為汽車信息娛樂等領域的高清視頻傳輸提供了可靠的解決方案。在設計過程中，我們需要充分考慮電源供應、布線、寄存器配置和多主仲裁等方面的要點，以確保設備能夠發揮最佳性能。希望通過本文的介紹，能讓大家對 DS90UB940-Q1 有更深入的了解，在實際設計中能夠更加得心應手。大家在使用這款解串器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。