深入解析DS90UH949-Q1：汽车应用中的HDMI至FPD-Link III桥接器

在汽车电子领域，高清视频传输和显示技术的发展日新月异。DS90UH949-Q1作为一款专为汽车应用设计的HDMI至FPD-Link III桥接器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，在汽车信息娱乐系统、监控摄像头等领域发挥着重要作用。今天，我们就来深入剖析这款器件。

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1. 器件概述

DS90UH949-Q1是一款经过AEC-Q100认证的器件，适用于汽车应用，工作温度范围为 -40°C至 +105°C。它能够将HDMI v1.4b输入信号序列化，支持高达WUXGA（1920x1200）和1080p60分辨率的视频传输，色深可达24位。该器件具有单通道和双通道FPD-Link III输出，可通过经济高效的50-Ω单端同轴电缆或100Ω差分屏蔽双绞线（STP）电缆提供高速串行数据流。

2. 特性亮点

2.1 多格式支持

支持TMDS时钟高达170 MHz，可满足多种高清视频分辨率的需求。同时，它具备HDMI v1.4b和HDMI模式的DisplayPort（DP++）输入，还集成了HDCP v1.4加密引擎，可有效保护高清内容的传输安全。

2.2 音频处理能力

能够提取多达8通道的HDMI音频，并且支持多通道音频通过HDMI或外部I2S接口输入。此外，还提供了可选的辅助音频通道，为音频传输提供了更多的灵活性。

2.3 高速通信与控制

具备高速反向通道，支持高达2 Mbps的GPIO通信，可实现设备之间的快速数据交互。同时，它还支持I2C（主/从）通信，速率可达1 Mbps的快速模式增强版，以及SPI直通接口，方便与其他设备进行通信。

2.4 长距离传输与补偿

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，可确保在不同环境条件下的稳定传输。此外，它还能监测扩频输入时钟，有效降低电磁干扰（EMI）。

3. 应用场景

3.1 汽车信息娱乐系统

可用于IVI主机、HMI模块、后座娱乐系统和数字仪表盘等，为用户提供高清的视频和音频体验。

3.2 监控摄像头

在汽车监控摄像头中，DS90UH949-Q1能够将高清视频信号稳定传输到显示设备，确保监控画面的清晰和流畅。

4. 详细功能解析

4.1 HDMI接收控制器

该控制器符合HDMI 1.4b标准，可支持超过1080p的分辨率。不过，在DS90UH949-Q1的配置中，不包含以太网通道（HEC）或音频回传通道（ARC）等功能。

4.2 TMDS信号传输

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。TMDS技术采用8b/10b编码，可有效降低电磁干扰，并实现高偏斜容限。

4.3 显示数据通道

Display Data Channel（DDC）是计算机显示器和图形适配器之间的数字通信协议，可使显示器列出并发送所有支持的显示模式给适配器，让计算机主机能够调整显示器参数，如亮度和对比度。

4.4 扩展显示识别数据（EDID）

DS90UH949-Q1支持多种EDID配置选项，包括外部本地EDID（EEPROM）、内部EDID加载到设备内存、远程EDID连接到解串器侧的I2C总线以及内部预编程EDID。通过MODE_SEL引脚或内部控制寄存器，可灵活配置所选的EDID模式。

4.5 消费电子控制（CEC）

CEC协议允许用户通过一个遥控器控制多达十个支持CEC的设备，实现设备之间的互联互通。该协议可使用外部时钟参考或DS90UH949-Q1内部的25-MHz振荡器实现。

4.6 电源与信号控制

5V电源信号由HDMI源通过HDMI接口提供，用于各种HDMI功能，如热插拔检测（HPD）和DDC信号。HPD引脚用于通知源设备，接收器已准备好接收HDMI信号。

4.7 高速前向通道数据传输

高速前向通道由35位数据组成，包含RGB数据、同步信号、HDCP、I2C、GPIOs和I2S音频等信息。数据经过随机化、平衡和加扰处理，优化了在交流耦合链路上的传输性能。

4.8 反向通道数据传输

反向通道提供显示器和主机处理器之间的双向通信，信息以串行帧的形式从解串器传输到串行器。反向通道控制数据与高速前向数据一起传输，采用直流平衡编码和嵌入式时钟信息，实现了高效的数据传输。

4.9 FPD-Link III端口寄存器访问

由于DS90UH949-Q1包含两个下游端口，部分寄存器需要进行复制，以实现对两个端口的控制和监控。通过TX_PORT_SEL寄存器，可方便地访问两个寄存器组。

4.10 电源管理与故障检测

器件具有电源关闭（PDB）输入引脚，可通过外部设备或VDDIO控制。当PDB驱动为低电平时，器件将进入电源关闭状态，并将所有控制寄存器复位为默认值。此外，DS90UH949-Q1还能检测FPD-Link III互连中的故障条件，如电缆开路、短路等。

4.11 中断与通用输入输出

INTB引脚是一个低电平有效中断输出引脚，可用于各种本地和远程中断条件。REM_INTB引脚将镜像解串器上INTB_IN引脚的状态。GPIO[3:0]和D_GPIO[3:0]可作为通用输入输出引脚，在正向通道或反向通道模式下使用。GPIO_REG[8:5]是仅用于寄存器的GPIO，可通过本地寄存器位进行编程或读取。

4.12 SPI通信

SPI控制通道利用2通道FPD-Link III实现中的辅助链路，支持前向通道和反向通道两种模式。在不同模式下，SPI主设备的位置不同，数据传输速率也有所差异。

4.13 音频模式

DS90UH949-Q1支持多种音频模式，包括HDMI模式、DVI模式和辅助音频通道。在与DS90UH926-Q1配合使用时，需要注意音频模式的配置，以确保正确的音频传输。

4.14 HDCP加密

HDCP加密功能按照HDCP v1.4规范实现，可对音视频内容进行加密，保护内容的版权。在HDCP激活时，打包的数据岛传输音频也将与视频数据一起进行加密。

4.15 内置自测试（BIST）

可选的At-Speed BIST功能支持在无需外部数据连接的情况下测试高速串行链路和反向通道，可用于原型阶段、设备生产、系统内测试和系统诊断。

4.16 内部模式生成

DS90UH949-Q1提供内部模式生成功能，可生成17种默认测试模式，用于面板的基本测试和调试。这些模式可通过寄存器位进行反转，方便用户进行不同的测试。

5. 编程与配置

5.1 串行控制总线

可通过I2C兼容的串行控制总线对器件进行配置，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。

5.2 多主仲裁支持

FPD-Link III器件中的双向控制通道实现了I2C兼容的总线仲裁，多个I2C主设备可在系统中实现。但在多主操作时，需要注意I2C的一些限制条件，以避免出现未定义的情况。

5.3 寄存器映射

文档中详细列出了串行控制总线的寄存器映射，包括寄存器地址、功能描述和默认值等信息。通过对这些寄存器的配置，可以实现对器件各种功能的控制。

6. 应用与实现

6.1 设计要求

SER/DES仅支持通过集成的直流平衡解码方案实现交流耦合互连，因此需要在FPD-Link III信号路径中串联外部交流耦合电容器。同时，还需要注意电源电压、交流耦合电容器的选择等设计参数。

6.2 详细设计步骤

在高速互连设计中，应遵循一些准则，如使用100-Ω耦合差分对、遵循S/2S/3S间距规则、减少过孔数量、使用差分连接器等。此外，还可以参考相关的设计指南和手册，以确保设计的可靠性和稳定性。

6.3 电源供应建议

器件为电路的不同部分提供了独立的电源和接地引脚，以隔离不同部分之间的开关噪声影响。电源供应斜坡应快于1.5 ms，并具有单调上升特性。在电源上电时，需要遵循一定的顺序，以确保器件的正常工作。

6.4 布局指南

在PCB布局时，应设计低噪声的电源供应，将高频或高电平的输入输出分开，以减少杂散噪声、反馈和干扰。推荐使用至少四层板，包含电源和接地平面，并将LVCMOS信号与LVDS线路分开，以防止耦合。同时，还需要注意旁路电容器的选择和放置，以及热过孔的使用，以提高散热性能。

7. 总结

DS90UH949-Q1作为一款功能强大的HDMI至FPD-Link III桥接器，为汽车应用中的高清视频传输和显示提供了可靠的解决方案。通过深入了解其特性、功能和应用要求，电子工程师可以更好地将其应用到实际设计中，满足汽车信息娱乐系统和监控摄像头等领域对高清视频传输的需求。在设计过程中，需要注意各个方面的细节，如电源供应、布局布线、编程配置等，以确保器件的性能和稳定性。希望本文能为广大电子工程师在使用DS90UH949-Q1时提供一些有用的参考和指导。

你在使用DS90UH949-Q1的过程中遇到过哪些问题？或者你对这款器件还有哪些方面想要进一步了解？欢迎在评论区留言分享。