汽車級(jí)FPD-Link III解串器DS90UH928Q-Q1：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在汽車電子領(lǐng)域，對(duì)于安全可靠的數(shù)字視頻和音頻傳輸解決方案的需求日益增長(zhǎng)。德州儀器（TI）的DS90UH928Q-Q1解串器，與DS90UH925Q-Q1或DS90UH927Q-Q1串行器配合使用，為汽車信息娛樂系統(tǒng)提供了一種出色的解決方案。本文將深入探討DS90UH928Q-Q1的特性、應(yīng)用、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及相關(guān)注意事項(xiàng)。

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一、產(chǎn)品概述

DS90UH928Q-Q1是一款適用于汽車應(yīng)用的解串器，符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度范圍為-40°C至+105°C。它能夠?qū)⑼ㄟ^單信號(hào)對(duì)（FPD-Link III）傳輸?shù)母咚俅?a target="_blank">接口，轉(zhuǎn)換為四個(gè)LVDS數(shù)據(jù)/控制流、一個(gè)LVDS時(shí)鐘對(duì)（OpenLDI (FPD-Link)）和I2S音頻數(shù)據(jù)。該設(shè)備采用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HDCP復(fù)制保護(hù)方案，確保數(shù)字視頻和音頻數(shù)據(jù)的安全傳輸。

二、關(guān)鍵特性

2.1 高速數(shù)據(jù)傳輸

支持5 MHz至85 MHz的像素時(shí)鐘，應(yīng)用有效負(fù)載率范圍為175 Mbps至2.975 Gbps，實(shí)際線路速率范圍為525 Mbps至2.975 Gbps。高速的傳輸能力能夠滿足汽車信息娛樂系統(tǒng)對(duì)高清視頻和音頻的需求。

2.2 雙向控制通道

通過FPD-Link III的雙向控制通道，實(shí)現(xiàn)了高速前向通道數(shù)據(jù)傳輸和低速全雙工反向通道通信。這種架構(gòu)不僅減少了互連的尺寸和重量，還消除了信號(hào)偏移問題，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.3 輸入均衡

FPD-Link III輸入自適應(yīng)均衡器可補(bǔ)償傳輸介質(zhì)損耗，減少介質(zhì)引起的確定性抖動(dòng)。支持長(zhǎng)達(dá)10米的STP電纜，最大串行器流有效負(fù)載率可達(dá)2.975 Gbps，確保在不同長(zhǎng)度的電纜傳輸中都能保證信號(hào)質(zhì)量。

2.4 圖像增強(qiáng)

具備白平衡查找表（LUT）和自適應(yīng)Hi-FRC抖動(dòng)功能。白平衡LUT可以調(diào)整顯示屏的色彩配置文件，使不同供應(yīng)商的LCD顯示屏呈現(xiàn)出相似的顯示效果；自適應(yīng)Hi-FRC抖動(dòng)則能在18位顯示屏上呈現(xiàn)“真彩色”圖像，提升圖像質(zhì)量。

2.5 內(nèi)置自測(cè)試（BIST）

可選的高速內(nèi)置自測(cè)試功能，支持在無需外部數(shù)據(jù)連接的情況下測(cè)試高速串行鏈路和低速反向通道。這對(duì)于原型階段、設(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試和系統(tǒng)診斷都非常有用。

2.6 內(nèi)部模式生成

解串器具有內(nèi)部模式生成器，可生成17種默認(rèn)模式，用于基本的面板測(cè)試和調(diào)試。測(cè)試模式簡(jiǎn)單重復(fù)，即使在無輸入的情況下，只要設(shè)備未處于掉電模式，也能顯示測(cè)試模式，方便進(jìn)行快速的面板操作驗(yàn)證。

三、引腳配置與功能

DS90UH928Q-Q1的引腳配置涵蓋了多個(gè)功能接口，包括FPD-Link輸出接口、LVCMOS接口、控制與配置接口、電源與接地接口等。每個(gè)引腳都有特定的功能和用途，例如：

• FPD-Link輸出接口：提供LVDS時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸出，需要外部100Ω差分終端以確保標(biāo)準(zhǔn)LVDS電平。
• LVCMOS接口：可作為通用輸入輸出（GPIO）使用，部分引腳還與I2S音頻接口共享。
• 控制與配置接口：用于設(shè)置設(shè)備的工作模式、時(shí)鐘頻率、地址等參數(shù)。
• 電源與接地接口：提供設(shè)備所需的電源，同時(shí)需要注意電源的穩(wěn)定性和去耦電容的配置。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值

了解設(shè)備的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要。例如，電源電壓的范圍為-0.3V至4V，結(jié)溫不能超過150°C等。在設(shè)計(jì)過程中，必須確保設(shè)備的工作條件在這些額定值范圍內(nèi)。

4.2 ESD耐受性

該設(shè)備具有良好的ESD耐受性，人體模型（HBM）可達(dá)±8000V，帶電設(shè)備模型（CDM）可達(dá)+1250V，這有助于提高設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

4.3 推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓、LVCMOS電源電壓、工作溫度、PCLK頻率和電源噪聲等。例如，電源電壓范圍為3V至3.6V，LVCMOS電源電壓可選擇1.8V或3.3V，工作溫度范圍為-40°C至105°C。在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，需要確保電源的穩(wěn)定性和紋波滿足這些條件。

4.4 直流和交流電氣特性

詳細(xì)的直流和交流電氣特性參數(shù)，如輸入輸出電壓、電流、時(shí)序要求等，為電路設(shè)計(jì)提供了精確的參考。例如，LVCMOS輸入的高電平電壓范圍為2.0V至VDDIO，低電平電壓范圍為0V至0.8V；LVDS輸出的電壓擺幅和差分輸出電壓等也有明確的參數(shù)規(guī)定。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 典型應(yīng)用

DS90UH928Q-Q1常用于汽車導(dǎo)航顯示、后座娛樂系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)景。在典型應(yīng)用中，需要注意輸入信號(hào)的耦合電容、LVDS輸出的終端電阻、電源的旁路電容和鐵氧體磁珠的使用等。例如，輸入信號(hào)應(yīng)使用0.1μF的耦合電容，LVDS輸出需要100Ω的終端電阻，電源引腳附近應(yīng)放置旁路電容以保證電源的穩(wěn)定性。

5.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 傳輸介質(zhì)：建議使用屏蔽雙絞線（STP）電纜，電纜和連接器的差分阻抗應(yīng)為100Ω。電纜的最大長(zhǎng)度取決于電纜質(zhì)量、連接器、電路板和電氣環(huán)境等因素。
• 顯示應(yīng)用：該解串器可與支持24位顏色深度（RGB888）和高清（720p）數(shù)字視頻格式的顯示屏配合使用。同時(shí)，HDCP 1.3兼容的加密模塊可對(duì)視頻和音頻內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)證和解密。
• AV靜音預(yù)防：為防止設(shè)備意外進(jìn)入AV靜音狀態(tài)，可通過設(shè)置串行器上的DE寄存器來避免在消隱期間發(fā)送視頻信號(hào)。
• OEN切換限制：OEN應(yīng)在PDB變?yōu)楦唠娖角覂?nèi)部電路穩(wěn)定后再啟用LVDS輸出。為避免LVDS輸出出現(xiàn)水平像素偏移，建議在OEN變?yōu)楦唠娖胶髮?duì)數(shù)字塊進(jìn)行復(fù)位操作。

六、電源供應(yīng)建議

6.1 上電要求

當(dāng)VDDIO和VDD33分別供電時(shí)，VDDIO應(yīng)比VDD33提前100μs上電。兩個(gè)電源的上升時(shí)間應(yīng)小于1.5ms且單調(diào)上升。如果PDB引腳不由微控制器控制，需要在該引腳上使用大電容，以確保PDB在所有電源穩(wěn)定后才到達(dá)。

6.2 PDB引腳操作

PDB引腳用于啟用或關(guān)閉設(shè)備。在切換PDB引腳進(jìn)行硬復(fù)位時(shí)，需要至少2ms的低脈沖。所有輸入信號(hào)必須在VDD33和VDDIO達(dá)到穩(wěn)定值后才能驅(qū)動(dòng)。

七、布局設(shè)計(jì)

7.1 布局指南

• 電源布局：使用薄電介質(zhì)（2至4密耳）的電源/接地夾層，可提高電源系統(tǒng)性能。外部旁路電容應(yīng)包括RF陶瓷和鉭電解電容，建議使用LCC表面貼裝電容以減小寄生特性。
• 信號(hào)布局：將LVCMOS信號(hào)與LVDS線路分開，以防止耦合干擾。對(duì)于LVDS互連，推薦使用緊密耦合的100Ω差分線路。
• 散熱設(shè)計(jì)：從設(shè)備中心的DAP到接地平面至少需要9個(gè)熱過孔，以確保良好的散熱性能。

7.2 CML互連指南

使用100Ω耦合差分對(duì)，遵循S/2S/3S規(guī)則進(jìn)行間距設(shè)計(jì)，盡量減少過孔數(shù)量，使用差分連接器，保持走線平衡，最小化線對(duì)內(nèi)的偏移，并盡可能靠近TX輸出和RX輸入進(jìn)行端接。

八、結(jié)論

DS90UH928Q-Q1解串器為汽車信息娛樂系統(tǒng)提供了一種高性能、安全可靠的數(shù)字視頻和音頻傳輸解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮設(shè)備的特性、引腳配置、電氣特性、應(yīng)用要求、電源供應(yīng)和布局設(shè)計(jì)等方面，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，要密切關(guān)注文檔的更新，以獲取最新的技術(shù)支持和設(shè)計(jì)建議。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起討論交流。