深度解析DS90UH929-Q1：720p HDMI 到 FPD-Link III 桥接序列化器

在电子工程师的日常工作中，选择一款合适的器件来实现特定功能至关重要。今天，我们聚焦于德州仪器（TI）的DS90UH929-Q1，这是一款专为汽车应用设计的720p HDMI到FPD-Link III桥接序列化器，下面我们将对其进行全面剖析。

文件下载：ds90uh929-q1.pdf

一、器件概述

DS90UH929-Q1通过AEC - Q100汽车应用认证，工作温度范围为 - 40°C至 + 105°C。它能将HDMI v1.4b输入信号序列化，支持最高WXGA和720p的视频分辨率，色彩深度达24位。该器件与DS90UH926Q - Q1/DS90UH928Q - Q1、DS90UH940 - Q1/DS90UH948 - Q1解串器兼容，可通过经济高效的50 - Ω单端同轴电缆或100 - Ω差分屏蔽双绞线（STP）电缆传输单通道高速串行流。

二、关键特性

（一）接口兼容性

支持HDMI v1.4b输入和FPD - Link III输出，还具备HDMI模式的DisplayPort（DP++）输入，集成了HDCP v1.4加密引擎，可存储片上密钥，保障数据安全传输。

（二）音频处理能力

能够提取多达8通道的HDMI音频，支持多声道音频接收，可通过HDMI或外部I2S接口实现，还提供了可选的辅助音频接口。

（三）信号传输优势

FPD - Link III接口支持视频和音频数据传输以及全双工控制，包括I2C通信，通过同一差分链路传输，减少了互连尺寸和重量，简化了系统设计。同时，采用低电压差分信号、数据加扰和随机化技术，有效降低了EMI。

（四）其他特性

支持长达15米的电缆传输，并具备自动温度和老化补偿功能；可监测扩频输入时钟，进一步降低EMI；支持HDCP中继器应用，无需外部控制器即可处理所有认证和加密功能。

三、应用领域

（一）汽车信息娱乐系统

在汽车信息娱乐系统中，DS90UH929 - Q1可用于IVI主机和HMI模块、后座娱乐系统以及数字仪表盘等，为用户提供高质量的视频和音频体验。

（二）监控摄像头

在安防监控领域，该器件能够稳定传输高清视频信号，确保监控画面的清晰和流畅。

四、技术规格详解

（一）绝对最大额定值

在使用器件时，需注意其绝对最大额定值，超过这些值可能会对器件造成永久性损坏。虽然这些只是应力额定值，但长时间暴露在绝对最大额定条件下会影响器件的可靠性。

（二）ESD额定值

该器件具有一定的ESD防护能力，人体模型（HBM）的分类等级为2级，静电放电可达 + 2000V；带电设备模型（CDM）的分类等级为C5级，可达 ± 750V。此外，还给出了不同测试条件下的ESD额定值，如空气放电和接触放电等。

（三）推荐工作条件

明确了各项电源电压的范围，如VDD11为1.045 - 1.155V，VDD18为1.71 - 1.89V等，以及工作温度范围为 - 40°C至 + 105°C。同时，还规定了一些特定参数的条件，如PLL锁定时的允许温度变化等。

（四）电气特性

包括DC和AC电气特性，涵盖了输入输出电压、电流、电阻、频率、时序等多个方面的参数，为电路设计提供了详细的参考。例如，1.8 - V LVCMOS I/O的高电平输入电压VIH为0.65xVDDIO等。

五、详细功能剖析

（一）HDMI功能

HDMI接收控制器符合HDMI v1.4b标准，可处理高清视频和音频信号，虽然其实现限制在720p操作，但能满足大多数应用需求。此外，还支持多种EDID（扩展显示识别数据）配置，可根据不同需求选择外部本地EDID、内部EDID、外部远程EDID或内部预编程EDID。

（二）TMDS技术

HDMI采用Transition Minimized Differential Signaling（TMDS）技术，通过四个差分对（3个TMDS通道和1个TMDS时钟）传输视频和音频数据。这种技术采用8b/10b编码，有效降低了电磁干扰，提高了信号的抗干扰能力和传输稳定性。

（三）音频模式

支持多种音频模式，包括HDMI模式、DVI模式和AUX音频通道。可以将HDMI接口中的嵌入式音频通过FPD - Link III串行链路传输，并在兼容的解串器上输出；也支持I2S音频接口，可实现7.1高清环绕声应用。

（四）HDCP功能

按照HDCP v1.4规范实现了HDCP加密功能，可对音视频内容进行加密，保障数据安全。在连接支持HDCP的源设备时，能自动进行认证和共享密钥生成。

（五）内置自测试（BIST）

提供可选的全速内置自测试功能，可在不连接外部数据的情况下测试高速串行链路和反向通道，方便在原型阶段、设备生产、系统测试和诊断中使用。

（六）内部图案生成

具备内部图案生成功能，可生成17种默认图案，用于基本的面板测试和调试。这些图案可通过寄存器进行配置和控制，还支持颜色模式、视频时序模式、图案反转和自动滚动等功能。

六、编程与配置

（一）串行控制总线

可通过I2C兼容的串行控制总线进行配置，多个设备可共享该总线，设备地址通过连接到IDx引脚的电阻分压器设置。在通信过程中，遵循特定的协议，通过START、START - Repeated和STOP阶段进行数据传输。

（二）多主仲裁支持

FPD - Link III设备中的双向控制通道实现了I2C兼容的总线仲裁，多个I2C主设备可在系统中协同工作。但在使用时，需注意一些I2C限制条件，避免出现未定义的情况。

（三）寄存器映射

文档详细列出了各个寄存器的地址、位定义、功能描述和默认值，工程师可通过对寄存器进行读写操作来配置器件的各项功能。例如，通过设置某些寄存器的位可以实现HDMI复位、音频模式选择、EDID配置等功能。

七、应用与实施

（一）设计要求

SER/DES仅支持通过集成的DC平衡解码方案实现AC耦合互连，需要在FPD - Link III信号路径中串联外部AC耦合电容。同时，对于不同的解串器和电缆类型，需要选择合适的电容值和电阻值。

（二）详细设计步骤

在高速互连方面，需要遵循一些准则，如使用100 - Ω耦合差分对、控制间距、减少过孔数量、使用差分连接器等。此外，还可参考相关的设计指南和手册，以确保设计的可靠性和性能。

（三）应用曲线

文档提供了一些应用性能图，展示了不同条件下的视频应用和输出情况，如720p60视频在2.6 - Gbps串行线速率下的单通道FPD - Link III输出等，为工程师评估器件性能提供了参考。

八、电源与布局建议

（一）电源供应

器件为电路的不同部分提供了独立的电源和接地引脚，以隔离不同部分的开关噪声影响。在电源上电时，需要注意电源斜坡时间、上电顺序和PDB引脚的使用，推荐按照特定的序列进行上电操作。

（二）布局指南

电路板布局应设计为为器件提供低噪声电源，将高频或高电平输入输出分开，以减少杂散噪声、反馈和干扰。建议使用至少四层板，包括电源和接地层；将LVCMOS信号远离LVDS线；使用紧密耦合的100 - Ω差分线；从器件中心DAP到接地层至少需要9个热过孔等。

九、总结

DS90UH929 - Q1是一款功能强大、性能稳定的720p HDMI到FPD - Link III桥接序列化器，适用于汽车信息娱乐、监控等多个领域。通过对其特性、规格、功能、编程和应用等方面的详细了解，工程师可以更好地将其应用到实际设计中。在使用过程中，务必遵循文档中的建议和要求，确保设计的可靠性和性能。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的？欢迎在评论区分享交流。