汽车级FPD-Link III解串器DS90UB928Q-Q1：设计与应用全解析

在汽车电子领域，数字视频和音频的高效传输是实现先进信息娱乐系统的关键。德州仪器（TI）的DS90UB928Q-Q1解串器，与DS90UB925Q-Q1或DS90UB927Q-Q1串行器配合使用，为汽车信息娱乐系统中的数字视频和音频分配提供了出色的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款解串器的特点、应用及设计要点。

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一、DS90UB928Q-Q1的核心特性

1. 汽车级认证

DS90UB928Q-Q1通过了AEC-Q100汽车应用认证，工作温度范围为 -40°C至 +105°C，HBM ESD分类等级为 ±8 kV，CDM ESD分类等级为C6，这使得它能够在恶劣的汽车环境中稳定工作。

2. 双向控制通道

该解串器具备双向控制通道接口，与I2C兼容的串行控制总线，支持高速前向通道数据传输和低速全双工反向通道通信，通过单个差分链路实现音频、视频数据和控制信号的整合，减少了互连尺寸和重量，消除了偏斜问题，简化了系统设计。

3. 视频和音频支持

支持5 MHz至85 MHz的像素时钟，可处理高清（720p）数字视频，支持RGB888 + VS、HS、DE和I2S音频，最多可提供4个I2S数字音频输出，适用于环绕声应用。

4. 低EMI设计

采用低EMI的FPD-Link视频输出，有效降低了电磁干扰，提高了系统的抗干扰能力。

二、应用场景广泛

DS90UB928Q-Q1适用于多种汽车应用场景，包括汽车导航显示、后座娱乐系统、汽车驾驶员辅助系统以及汽车百万像素摄像头系统等。在这些应用中，它能够可靠地传输高质量的视频和音频信号，为用户提供优质的体验。

三、详细功能剖析

1. 高速前向通道数据传输

高速前向通道由一个35位帧组成，包含视频数据、同步信号、I2C和I2S音频，数据经过随机化、DC平衡和加扰处理，优化了在AC耦合链路上的信号传输。支持5 MHz至15 MHz（LFMODE = 1）和15 MHz至85 MHz（LFMODE = 0）的像素时钟范围，对应应用有效负载率范围为175 Mbps至2.975 Gbps。

2. 低速反向通道数据传输

低速反向通道提供了显示器和主机处理器之间的双向通信，控制数据与高速前向数据、DC平衡编码和嵌入式时钟信息一起通过单个串行链路传输，实现了双向控制通道（BCC）的功能。

3. 向后兼容模式

该解串器向后兼容DS90UR905Q和DS90UR907Q FPD-Link II串行器，支持15 MHz至65 MHz的PCLK频率，在这种模式下，双向控制通道、双向GPIOs、I2S和中断（INTB）不活跃，但仍可通过本地I2C访问串行器。

4. 输入均衡

FPD-Link III输入自适应均衡器可补偿传输介质损耗，减少介质引起的确定性抖动，支持长达10米的STP电缆，最大串行器流有效负载率为2.975 Gbps。通过MODE_SEL引脚可设置为长电缆模式（LCBL）。

5. 内置自测试（BIST）

可选的全速内置自测试（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低速反向通道，在原型阶段、设备生产、系统内测试和系统诊断中非常有用。

6. 内部模式生成

解串器内置模式生成器，可生成17种默认测试模式，用于基本的面板测试和调试，支持模式反转、自动滚动等功能，还可通过控制寄存器配置视频时序模式。

7. 图像增强功能

提供白平衡查找表（LUT）和自适应Hi-FRC抖动功能。白平衡LUT可补偿显示器的固有色温，调整R、G、B的相对强度；自适应Hi-FRC抖动功能可将24位RGB数据降低到18位RGB数据，平滑颜色渐变，支持在低成本18位显示器上实现全彩色显示。

8. 串行链路故障检测

能够检测FPD-Link III互连中的故障条件，如电缆开路、短路等，但不具体报告是哪种故障。

9. 振荡器输出

当输入时钟（串行流）丢失时，解串器可提供可选的TxCLKOUT±输出，基于内部振荡器，可通过寄存器0x02的位5控制。

10. 中断引脚

通过读取ISR寄存器和配置串行器的ICR寄存器，可实现中断功能，中断输入信号需要约8.6 µs的最小建立和保持时间。

11. 通用输入输出（GPIO）

GPIO[3:0]可在正向通道或反向通道模式下用作通用IO，GPIO[8:5]为仅寄存器GPIO，可通过本地寄存器位进行编程和读取。

12. I2S音频接口

与DS90UB927Q-Q1串行器配合时，支持环绕声音频应用，提供六个I2S输出引脚；与DS90UB925Q-Q1配合时，支持单I2S数据输出（24位视频模式）或两个I2S数据输出（18位视频模式）。支持数据包化音频传输和I2S中继功能。

四、设计与应用要点

1. 电源供应

VDDIO和VDD33供电时，VDDIO（1.8V或3.3V）应比VDD33提前100us升压。若VDDIO与VDD33相连，则两者可同时升压。VDDs（VDD33和VDDIO）的升压时间应小于1.5 ms，且为单调上升。PDB引脚控制时，若不由微控制器控制，需在该引脚加一个大电容，确保PDB在所有VDDs达到推荐工作电压后到达。当PDB引脚连接到VDDIO = 3.0 V至3.6V或VDD33时，建议使用10 kΩ上拉电阻和 >10 μF电容接地来延迟PDB输入信号。

2. 布局设计

• 电源和旁路电容：使用至少四层板，配备电源和接地层。电源系统应采用薄介质（2至4 mil）的电源/接地夹层，以利用平面电容，降低电感。外部旁路电容应包括RF陶瓷和钽电解电容，电压额定值至少为电源电压的5倍。多个电容时，小值电容应靠近引脚放置。
• 信号布线：LVCMOS信号应远离LVDS线路，以防止耦合干扰。LVDS互连建议使用紧密耦合的100 Ω差分线，减少辐射和耦合噪声。
• 热管理：从器件中心DAP到接地层至少需要9个热过孔，以传导热量和连接接地。

3. 典型应用

在典型的85 MHz 24位彩色显示应用中，输入应使用0.1 µF耦合电容，解串器提供内部终端。FPD-Link LVDS差分输出在接收设备或显示器处需要100 Ω终端电阻。旁路电容应靠近电源引脚放置，至少需要三个4.7 μF电容进行本地旁路。

五、总结

DS90UB928Q-Q1解串器凭借其丰富的功能和出色的性能，为汽车信息娱乐系统提供了可靠的数字视频和音频传输解决方案。在设计过程中，工程师需要充分考虑电源供应、布局设计和典型应用等要点，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地理解和应用这款解串器，在汽车电子设计中取得更好的成果。

各位工程师在使用DS90UB928Q-Q1的过程中，有没有遇到过什么独特的问题或者有什么创新的应用呢？欢迎在评论区留言分享！