解析DS90UB633A-Q1：汽車(chē)攝像頭應(yīng)用的理想之選

在汽車(chē)電子飛速發(fā)展的今天，攝像頭系統(tǒng)在汽車(chē)安全和輔助駕駛中扮演著至關(guān)重要的角色。而DS90UB633A-Q1作為一款專(zhuān)為汽車(chē)攝像頭設(shè)計(jì)的串行器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了工程師們的熱門(mén)選擇。今天，我們就來(lái)深入剖析這款器件。

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器件概述

DS90UB633A-Q1符合面向汽車(chē)應(yīng)用的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度范圍為 -40°C至 +105°C，能適應(yīng)各種惡劣的汽車(chē)環(huán)境。它提供了具有高速正向通道和雙向控制通道的FPD-Link III接口，可在單一同軸電纜或差分對(duì)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該器件非常適用于驅(qū)動(dòng)需要高達(dá)12位像素深度、2個(gè)同步信號(hào)以及雙向控制通道總線的視頻數(shù)據(jù)，能有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低成本。

核心特性亮點(diǎn)

靈活的像素時(shí)鐘支持

支持56.25MHz至100MHz的輸入像素時(shí)鐘，并且可編程數(shù)據(jù)有效載荷。在8/10位有效載荷時(shí)，時(shí)鐘頻率范圍為75MHz至100MHz；12位有效載荷時(shí)，時(shí)鐘頻率范圍為56.25MHz至100MHz。這種靈活性使得它能夠適配不同類(lèi)型的攝像頭，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

嵌入式時(shí)鐘技術(shù)優(yōu)勢(shì)

憑借德州儀器（TI）的嵌入式時(shí)鐘技術(shù)，可在單一差分對(duì)上進(jìn)行透明的全雙工通信，運(yùn)載不對(duì)稱(chēng)的雙向控制通道信息。這一技術(shù)消除了并行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘路徑間的偏差，簡(jiǎn)化了印刷電路板（PCB）走線和電纜上的寬數(shù)據(jù)總線傳輸，大大節(jié)省了系統(tǒng)成本，減少了PCB層數(shù)、電纜寬度以及連接器尺寸和引腳數(shù)量。

穩(wěn)健的傳輸能力

能夠驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá)15m的同軸或屏蔽雙絞線（STP）電纜，并且支持穩(wěn)健的同軸電纜供電（PoC）運(yùn)行，這對(duì)于汽車(chē)攝像頭通常位于保險(xiǎn)杠或后備箱等遠(yuǎn)程位置的應(yīng)用場(chǎng)景非常重要，可有效減少布線成本。

豐富的GPIO接口

提供4個(gè)專(zhuān)用通用輸入/輸出（GPIO），可用于實(shí)現(xiàn)各種控制和通信功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性。

關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

在電源電壓方面，V(VDDPLL)、VDDT、VDCMIJ、V(VDDD)的范圍為 -0.3V至2.5V，V(VDDIo)為 -0.3V至4V。同時(shí)，對(duì)LVCMOS輸入電壓、FPD-Link III電壓、結(jié)溫以及存儲(chǔ)溫度等都有明確的限制，使用時(shí)需嚴(yán)格遵守，以確保器件的安全和可靠性。

ESD 評(píng)級(jí)

具有良好的靜電放電（ESD）防護(hù)能力，人體模型（HBM）的ESD分類(lèi)等級(jí)為3B，可達(dá) +8000V；帶電設(shè)備模型（CDM）的不同引腳也有相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)，能有效抵御靜電干擾。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，電源電壓、LVCMOS 電源電壓、電源噪聲等都有明確的范圍要求。例如，V(VDD_n)為1.71V至1.89V，不同的V(VDDIo)值也有對(duì)應(yīng)的工作范圍。同時(shí)，對(duì)電源噪聲也有嚴(yán)格的限制，以保證器件的穩(wěn)定運(yùn)行。

功能特性詳解

串行幀格式

高速正向通道由28位數(shù)據(jù)組成，包含視頻數(shù)據(jù)、同步信號(hào)、I2C和奇偶位。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)隨機(jī)化、平衡和加擾處理，優(yōu)化了在AC耦合鏈路上的信號(hào)傳輸。在12位模式和10位模式下，28位幀結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)發(fā)生變化，但對(duì)用戶是無(wú)縫的。雙向控制通道數(shù)據(jù)與高速正向數(shù)據(jù)一起在單條串行鏈路上傳輸，實(shí)現(xiàn)了全雙工低速率的前后向通信，且不依賴(lài)視頻消隱階段。

線速率計(jì)算

不同模式下的線速率計(jì)算方式不同。在12位模式下，線速率 = f_PCLK × (2 / 3) × 28；在10位模式下，線速率 = f_PCLK / 2 × 28。例如，當(dāng)f_PCLK = 100MHz時(shí)，12位模式下線速率為1.87Gbps，10位模式下線速率為1.40Gbps。

錯(cuò)誤檢測(cè)

芯片組提供了強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)功能，可驗(yàn)證長(zhǎng)距離傳輸和接收過(guò)程中的數(shù)據(jù)完整性。通過(guò)在正向通道設(shè)置1個(gè)奇偶位和在反向通道設(shè)置4個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）位，可對(duì)雙向控制通道數(shù)據(jù)和并行視頻/同步數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，并將檢測(cè)到的錯(cuò)誤數(shù)量存儲(chǔ)在串行器和反串行器的8位寄存器中，方便用戶進(jìn)行監(jiān)控和處理。

多攝像頭同步

對(duì)于需要多攝像頭幀同步的應(yīng)用，可使用通用輸入/輸出（GPIO）引腳傳輸控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。系統(tǒng)控制器需提供場(chǎng)同步輸出，攝像頭需設(shè)置為接受輔助同步輸入。不過(guò)，這種同步方式存在一定的非確定性延遲，最大延遲（t1）為32μs，GPIO信號(hào)到達(dá)不同攝像頭的最大時(shí)間差（t2）為23μs，使用時(shí)需注意驗(yàn)證系統(tǒng)的時(shí)序規(guī)格。

通用I/O（GPIO）描述

當(dāng)芯片組以成像器的像素時(shí)鐘為參考時(shí)鐘源運(yùn)行時(shí)，串行器上有4個(gè)GPO，反串行器上有4個(gè)GPIO。GPO可配置為反串行器GPIOs輸入信號(hào)的輸出，也可作為串行器本地寄存器的輸出。當(dāng)以外部振蕩器為參考時(shí)鐘時(shí)，GPO3自動(dòng)配置為外部時(shí)鐘輸入，GPO2配置為分頻時(shí)鐘輸出，供成像器作為參考時(shí)鐘。GPIO的最大切換速率可達(dá)66kHz。

LVCMOS V(VDDIO) 選項(xiàng)

串行器輸入可用戶配置為1.8V、2.8V或3.3V，以提供與不同系統(tǒng)接口的兼容性，增強(qiáng)了器件的通用性。

像素時(shí)鐘邊緣選擇

通過(guò)TRFB/RRFB寄存器可選擇像素時(shí)鐘的邊緣。對(duì)于串行器，該寄存器決定數(shù)據(jù)鎖存的邊緣；對(duì)于反串行器，決定數(shù)據(jù)選通的邊緣，為用戶提供了靈活的時(shí)鐘控制方式。

電源管理

通過(guò)PDB輸入引腳可使器件進(jìn)入電源關(guān)閉模式或啟用模式。當(dāng)PDB = HIGH時(shí)，串行器啟用；當(dāng)PDB = LOW時(shí)，串行器進(jìn)入電源關(guān)閉模式，PLL關(guān)閉，IDD最小化，且編程控制寄存器數(shù)據(jù)不保留，將重置為默認(rèn)值。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

電源過(guò)同軸（PoC）

該芯片組允許視頻數(shù)據(jù)、雙向控制通道和電源通過(guò)單根同軸電纜傳輸，有效減少了汽車(chē)攝像頭系統(tǒng)的布線成本。具體可參考應(yīng)用報(bào)告“Sending Power Over Coax in DS90UB933 Designs”獲取更多詳細(xì)信息。

上電要求和PDB引腳

PDB引腳從LOW到HIGH的轉(zhuǎn)換必須在V(VDDIO)和V(VDD_n)電源達(dá)到所需工作電壓水平之后進(jìn)行。建議盡可能通過(guò)處理器GPIO直接控制PDB時(shí)序，若無(wú)法直接控制，可使用RC濾波網(wǎng)絡(luò)將PDB引腳連接到電源軌，以確保正確的上電時(shí)序。同時(shí)，GPO2在PDB變高時(shí)應(yīng)保持低電平，具體的時(shí)序約束可參考相關(guān)圖表和表格。

AC耦合

SER/DES僅支持通過(guò)集成的DC平衡解碼方案實(shí)現(xiàn)AC耦合互連。在FPD-Link III信號(hào)路徑中，必須串聯(lián)外部AC耦合電容。對(duì)于使用單端50-Ω同軸電纜的應(yīng)用，未使用的數(shù)據(jù)引腳（DOUT–、RIN–）必須使用0.047-μF電容并通過(guò)50-Ω電阻進(jìn)行端接。為減少封裝寄生效應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量下降，應(yīng)使用最小可用封裝的AC耦合電容。

傳輸介質(zhì)

芯片組適用于通過(guò)屏蔽同軸電纜進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置，也可使用STP進(jìn)行傳輸。串行器和反串行器提供內(nèi)部端接，以最小化阻抗不連續(xù)性。互連電纜和連接器的差分阻抗應(yīng)為100Ω，單端阻抗應(yīng)為50Ω。電纜的最大長(zhǎng)度取決于電纜質(zhì)量、連接器、電路板以及電氣環(huán)境等因素，可通過(guò)監(jiān)測(cè)串行數(shù)據(jù)流的差分眼圖來(lái)評(píng)估傳輸介質(zhì)接收端的信號(hào)質(zhì)量。

設(shè)計(jì)建議

電源供應(yīng)

器件設(shè)計(jì)為從1.8V的輸入核心電壓電源供電。部分器件為電路的不同部分提供單獨(dú)的電源和接地端子，以隔離不同部分的開(kāi)關(guān)噪聲影響。通常不需要在PCB上設(shè)置單獨(dú)的平面，但在某些情況下，可使用外部濾波器為PLL等敏感電路提供干凈的電源。同時(shí)，要注意補(bǔ)償電路板級(jí)的DC壓降，確保施加在V(VDDIO)或其他電源上的電壓符合要求。

布局設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電路板布局和堆疊時(shí)，要為串行器/反串行器器件提供低噪聲的電源饋送。良好的布局實(shí)踐應(yīng)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，設(shè)置電源和接地平面，并將LVCMOS信號(hào)遠(yuǎn)離差分線，以防止耦合。對(duì)于FPD-Link III信號(hào)跡線和PoC濾波器的布線，要特別注意，確保信號(hào)質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

DS90UB633A-Q1以其出色的性能、豐富的功能和良好的兼容性，為汽車(chē)攝像頭應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要深入理解其特性和規(guī)格參數(shù)，嚴(yán)格遵守應(yīng)用和布局要求，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出高效、可靠的汽車(chē)攝像頭系統(tǒng)。你在使用DS90UB633A-Q1過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。