汽車視覺系統的理想之選：DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組深度剖析

引言

在汽車電子的發展浪潮中，汽車視覺系統的重要性日益凸顯。無論是倒車影像、車道偏離預警，還是停車輔助等功能，都離不開高效、可靠的數據傳輸與處理。德州儀器（TI）推出的DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組，憑借其卓越的性能，成為汽車視覺系統應用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款芯片組。

文件下載：ds90ub902q-q1.pdf

產品特性亮點

1. 數據傳輸能力強勁

芯片組支持10 MHz至43 MHz的輸入PCLK，能實現160 Mbps至688 Mbps的數據吞吐量。這種高速的數據傳輸能力，為汽車視覺系統中的高清圖像和視頻數據傳輸提供了有力保障，讓圖像和視頻的傳輸更加流暢，有助于提高視覺系統的實時性和準確性。

2. 接口設計簡潔高效

采用單差分對互連，大大簡化了系統的布線，減少了PCB的復雜度，同時降低了成本。而且還具備雙向控制接口通道，并支持I2C通信，方便實現設備之間的控制和數據交互。

3. 信號處理優勢明顯

內置時鐘和直流平衡編碼，支持交流耦合互連，有效增強了信號的質量和穩定性，能夠適應不同的傳輸環境。并且能夠驅動長達10米的屏蔽雙絞線，滿足汽車內部不同位置設備之間的長距離數據傳輸需求。

4. 功能豐富且實用

• 數據完整性檢查：具備16位數據有效負載，并帶有循環冗余校驗（CRC）功能，可實時監測數據傳輸的完整性，及時發現并處理傳輸過程中的錯誤，提高系統的可靠性。
• GPIO 靈活性高：擁有多達6個可編程的GPIO引腳，用戶可以根據實際需求對這些引腳進行靈活配置，實現各種不同的控制和響應功能。
• 鏈路完整性驗證：設有LOCK輸出報告引腳和AT - SPEED BIST診斷功能，能夠實時驗證鏈路的完整性，讓用戶及時了解數據傳輸鏈路的工作狀態。

  5. 電氣特性適配廣泛

• 電源兼容性好：支持1.8V或3.3V的并行總線接口，并且采用單一的1.8V電源供電，降低了電源設計的復雜度，同時也能與不同的汽車電子系統進行良好的適配。
• ESD防護能力強：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標準，能夠有效抵御靜電干擾，保護芯片免受靜電損壞，提高了芯片在復雜汽車電子環境中的穩定性和可靠性。

  6. 工作環境適應性強

  作為汽車級產品，經過AEC - Q100 Grade 2認證，能夠在 - 40°C至 + 105°C的寬溫度范圍內穩定工作，適應各種惡劣的汽車使用環境。

引腳功能與應用

引腳詳細解析

DS90UB901Q為32引腳的WQFN封裝，DS90UB902Q為40引腳的WQFN封裝。它們的引腳涵蓋了LVCMOS并行接口、通用輸入輸出（GPIO）、雙向控制總線（I2C兼容）、FPD - Link III接口以及電源和接地等多個功能模塊。每個引腳都有其特定的功能和作用，例如：

• LVCMOS并行接口引腳：用于輸入或輸出并行數據，如DS90UB901Q的DIN[13:0]引腳為并行數據輸入引腳，DS90UB902Q的ROUT[13:0]引腳為并行數據輸出引腳。
• 雙向控制總線引腳：SCL和SDA引腳用于I2C通信，實現設備之間的控制和數據傳輸。
• 電源和接地引腳：為芯片提供穩定的電源供應和良好的接地，確保芯片正常工作。

  典型應用連接

  在實際應用中，DS90UB901Q和DS90UB902Q通常配合使用。DS90UB901Q將16位寬的并行LVCMOS數據總線和雙向控制總線轉換為單高速差分對進行傳輸，而DS90UB902Q則將接收到的單串行數據流轉換回16位寬的并行數據總線和雙向控制通道數據總線。這種配置非常適合汽車視覺系統中攝像頭與主機控制器/電子控制單元（ECU）之間的直接連接。

工作模式與特點

相機模式

在相機模式下，I2C事務由解串器（DS90UB902Q）側的主控制器發起。解串器會檢測事務是針對串行器（DS90UB901Q）還是串行器側的從設備，然后通過雙向控制通道發送命令來啟動事務。串行器接收到命令后，會在其本地I2C總線上生成I2C事務，并將響應通過前向通道鏈路返回給解串器。解串器解析響應后，將適當的響應傳遞給解串器的I2C總線。

顯示模式

顯示模式下，I2C事務由連接到串行器的控制器發起。串行器中的I2C從核心會檢測事務是針對串行器內的（本地）寄存器，還是解串器內的（遠程）寄存器或連接到解串器I2C主接口的遠程從設備。命令通過前向通道鏈路發送以啟動事務，解串器接收命令后在其本地I2C總線上生成I2C事務，并將響應作為命令通過雙向控制通道返回給串行器。串行器解析響應后，將適當的響應傳遞給串行器的I2C總線。

數據完整性保障機制

CRC檢測

芯片組在傳輸過程中為每個符號保留4位CRC校驗，用于檢查鏈路的完整性。解串器側設有PASS狀態報告引腳，當檢測到遠程設備傳輸的數據存在不匹配時，該引腳會發出信號。不過，要確保PASS狀態有效，解串器的PLL必須先鎖定（LOCK引腳為高電平）。一旦檢測到錯誤，PASS引腳會置為低電平，同時還提供CRC寄存器（CRC ERROR B0/B1）用于管理數據錯誤計數。

其他保障機制

芯片組還提供了多種確保數據在長距離傳輸和接收過程中完整性的機制，包括對雙向通道控制、VSYNC和HSYNC信號以及并行視頻/像素數據的校驗，為數據傳輸的準確性提供了全方位的保障。

應用設計要點

電氣特性與參數

在設計過程中，需要關注芯片的電氣特性和各種參數，如絕對最大額定值、推薦工作條件、電氣特性等。這些參數規定了芯片正常工作的范圍和條件，例如電源電壓、輸入輸出電壓、工作溫度、PCLK時鐘頻率等。只有在這些規定的范圍內使用芯片，才能確保其性能和可靠性。

信號質量與EMI處理

為了提高信號質量和降低電磁干擾（EMI），可以采取以下措施：

• 接收器輸入均衡（EQ）：解串器的接收器輸入配備了輸入均衡濾波器，可通過寄存器設置調整均衡水平，以補償傳輸介質帶來的信號損失。
• 接收器交錯輸出：解串器的接收器交錯輸出功能，使輸出在定義的窗口內以隨機分布的方式進行切換，減少了輸出同時切換的數量，有助于降低電源噪聲，分散噪聲頻譜，從而降低整體EMI。
• 展頻時鐘（SSCG）：DS90UB902Q的并行數據和時鐘輸出具有可編程的SSCG范圍，可通過SSC控制寄存器控制輸出展頻的調制速率和調制頻率變化，進一步減少EMI。

  PCB布局與電源系統

  合理的PCB布局和電源系統設計對于芯片的性能至關重要。在設計PCB時，應注意以下幾點：

• 為芯片提供低噪聲的電源供應，采用薄介電層（2至4密耳）的電源/接地夾層，以提供平面電容，降低電感寄生效應。
• 選擇合適的外部旁路電容器，包括RF陶瓷和鉭電解電容器，合理安排電容器的位置和參數。
• 將LVCMOS信號與差分線分開布局，采用緊密耦合的100歐姆差分線，減少耦合噪聲和輻射。

  傳輸介質選擇

  芯片組可用于多種平衡電纜，根據距離和信號質量要求進行選擇。為了確保最佳性能，建議使用特性阻抗為100歐姆的屏蔽雙絞線（STP）電纜，并選擇低偏斜、阻抗匹配的電纜，同時對未使用的導體進行接地或端接處理。

總結

DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組憑借其高速的數據傳輸能力、豐富的功能特性、出色的數據完整性保障機制以及良好的工作環境適應性，成為汽車視覺系統應用的不二之選。在實際設計過程中，工程師們需要充分了解芯片的各項特性和參數，合理進行引腳配置、模式選擇和應用設計，同時注意信號質量、EMI處理、PCB布局和傳輸介質選擇等方面的問題，以確保系統能夠穩定、可靠地運行。相信隨著汽車電子技術的不斷發展，這款芯片組將在汽車視覺系統領域發揮更加重要的作用。你在使用類似芯片組的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。