探索DS90UB901Q/DS90UB902Q：汽車應用的理想FPD - Link III芯片組

在汽車電子領域，數據傳輸的高效性、穩(wěn)定性和可靠性至關重要。DS90UB901Q/DS902Q作為德州儀器（TI）推出的一款FPD - Link III芯片組，專為汽車攝像頭系統(tǒng)與主機控制器/電子控制單元（ECU）之間的直接連接而設計，能有效滿足汽車應用的嚴苛要求。今天我們就來深入了解一下這款芯片組。

文件下載：DS90UB902QSQE NOPB.pdf

芯片組特性亮點

高速與穩(wěn)定傳輸

• 寬頻支持：支持10 MHz至43 MHz的輸入PCLK，數據吞吐量可達160 Mbps至688 Mbps，能適應不同的應用場景和數據傳輸需求。
• 單差分對互連：通過單差分對實現高速前向通道和雙向控制通道的數據傳輸，簡化了PCB布線和電纜設計，減少了并行數據和時鐘路徑之間的偏斜問題，顯著降低了系統(tǒng)成本。
• 嵌入式時鐘技術：采用TI的嵌入式時鐘技術，可在單差分對上實現透明的全雙工通信，攜帶不對稱的雙向控制信息，且不依賴視頻消隱間隔。

數據完整性保障

• CRC校驗：16位數據有效負載中包含可選的CRC（循環(huán)冗余校驗）數據完整性選項，可監(jiān)控傳輸鏈路錯誤，確保數據傳輸的準確性。
• 鏈路狀態(tài)監(jiān)測：解串器的LOCK輸出報告引腳和AT - SPEED BIST診斷功能可驗證鏈路完整性，當檢測到錯誤時，PASS引腳會發(fā)出信號通知主機控制器。

電氣特性與可靠性

• 寬電壓兼容：支持1.8V或3.3V的并行總線接口，具有良好的電壓兼容性。
• ESD保護：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標準，能有效抵抗靜電放電，提高芯片的可靠性。
• 汽車級標準：經過AEC - Q100 Grade 2認證，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 105°C，適用于汽車惡劣的工作環(huán)境。

低功耗與靈活性

• 電源管理：串行器和解串器均有PDB輸入引腳，可控制設備的開啟和關閉，實現電源管理。在電源關閉模式下，可降低功耗。
• GPIO功能：最多有6個可編程GPIO，可用于控制和響應各種命令，增加了系統(tǒng)設計的靈活性。

功能模塊解析

串行幀格式

芯片組以特定的串行幀格式傳輸和接收像素數據。高速前向通道是一個28位符號，包含16位的相機數據和控制信息，CLK1和CLK0代表串行流中的嵌入式時鐘。數據有效負載經過隨機化、平衡和加擾處理，適合通過交流耦合鏈路傳輸，并可通過4位CRC函數進行校驗。雙向控制通道數據與高速前向數據一起在同一串行鏈路上傳輸，實現全雙工通信。

雙向控制總線與I2C模式

• I2C兼容接口：通過雙向控制通道，可對DS90UB901Q、DS90UB902Q或外部遠程設備（如相機）進行編程。時鐘（SCL）和數據（SDA）線用于寄存器編程事務，這兩條線為開漏I/O，需通過外部電阻上拉至VDDIO。
• 模式選擇：每個設備可根據MODE引腳的設置，作為I2C從代理或主代理工作。當MODE引腳設置為高電平時，設備作為從代理；設置為低電平時，作為主代理。串行器和解串器的MODE配置必須互補。

從時鐘拉伸

為了與I2C總線上的遠程設備進行通信和同步，I2C主控制器/MCU必須支持從時鐘拉伸。芯片組在數據傳輸期間利用總線時鐘拉伸（將SCL線拉低），I2C從設備在每個I2C數據傳輸的第9個時鐘之前（ACK信號之前）將SCL線拉低，直到遠程外設響應。

ID[x]地址解碼器

ID[x]引腳用于解碼和設置串行器/解串器的物理從地址（僅I2C），通過一個10 kΩ電阻上拉至VDD（1.8V）和一個下拉電阻（RID），可設置六種可能的地址之一，允許總線上最多連接六個設備。

應用模式詳解

相機模式

• 工作原理：I2C事務由解串器側的主控制器發(fā)起。解串器中的I2C從核心檢測事務是針對串行器還是串行器處的從設備，通過雙向控制通道發(fā)送命令啟動事務。串行器接收命令并在其本地I2C總線上生成I2C事務，同時捕獲響應并在正向通道鏈路上返回。解串器解析響應并將適當的響應傳遞到解串器的I2C總線。
• 配置要點：將串行器的MODE引腳設置為低電平，解串器的MODE引腳設置為高電平。在發(fā)起I2C命令之前，需對解串器進行編程，設置目標從設備地址和串行器設備地址。

顯示模式

• 工作原理：I2C事務由連接到串行器的控制器發(fā)起。串行器中的I2C從核心檢測事務是針對串行器內部寄存器、解串器內部寄存器還是連接到解串器I2C主接口的遠程從設備，通過正向通道鏈路發(fā)送命令啟動事務。解串器接收命令并在其本地I2C總線上生成I2C事務，捕獲響應并作為命令在雙向控制通道上返回。串行器解析響應并將適當的響應傳遞到串行器的I2C總線。
• 配置要點：將串行器的MODE引腳設置為高電平，解串器的MODE引腳設置為低電平。在發(fā)起I2C命令之前，需對串行器進行編程，設置目標從設備地址和串行器設備地址。在顯示模式下，解串器的0x08h ~ 0x17h寄存器必須重置為0x00。

CRC檢測

芯片組在傳輸過程中為每個符號保留4位CRC用于檢查鏈路完整性。解串器側的PASS狀態(tài)引腳可標記與遠程設備之間傳輸數據的不匹配情況。解串器的PLL必須先鎖定（LOCK引腳為高電平），以確保PASS狀態(tài)有效。當檢測到錯誤時，PASS引腳置低，并可通過CRC寄存器管理數據錯誤計數。

設計與應用注意事項

電源與布局

• 電源系統(tǒng)：為芯片組提供低噪聲的電源饋送至關重要。建議使用薄介質（2至4密耳）的電源/接地夾層，以提供具有低電感寄生效應的平面電容。外部旁路電容應包括RF陶瓷和鉭電解電容，且表面貼裝電容因其較小的寄生效應而更受推薦。
• PCB布局：采用至少四層板，包含電源和接地層。將LVCMOS信號與差分線分開，以防止耦合。推薦使用緊密耦合的100Ω差分線，以減少輻射和提高抗干擾能力。

傳輸介質

• 電纜選擇：芯片組適用于多種平衡電纜，最佳性能在43 MHz、10米長度的屏蔽雙絞線（STP）電纜上實現。電纜的選擇應考慮其衰減、近端串擾和線對間偏斜等參數。
• 信號質量評估：可通過監(jiān)測CMLOUT P/N輸出的差分眼圖來評估傳輸介質接收端的信號質量，使用差分探頭在CMLOUT P/N引腳的終端電阻上進行測量。

其他要點

• AC耦合：SER/DES僅支持通過集成DC平衡解碼方案的AC耦合互連，在FPD - Link III信號路徑中需串聯外部AC耦合電容。
• GPIO應用：芯片組最多有6個GPIO，可根據需要配置為輸入或輸出端口。在配置為解串器GPI到串行器GPO通信時，GPIO最大切換速率可達66 kHz；而串行器GPI到解串器GPO的數據傳輸受PCLK最大數據速率限制。

DS90UB901Q/DS902Q芯片組憑借其卓越的性能和豐富的功能，為汽車攝像頭系統(tǒng)的數據傳輸提供了可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要充分考慮其特性和應用要求，合理進行電路設計和布局，以實現最佳的系統(tǒng)性能。希望本文能為電子工程師們在使用這款芯片組時提供有價值的參考。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(qū)分享交流。