汽车级FPD-Link III解串器DS90UH928Q-Q1：设计与应用指南

在汽车电子领域，对于安全可靠的数字视频和音频传输解决方案的需求日益增长。德州仪器（TI）的DS90UH928Q-Q1解串器，与DS90UH925Q-Q1或DS90UH927Q-Q1串行器配合使用，为汽车信息娱乐系统提供了一种出色的解决方案。本文将深入探讨DS90UH928Q-Q1的特性、应用、设计要点以及相关注意事项。

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一、产品概述

DS90UH928Q-Q1是一款适用于汽车应用的解串器，符合AEC-Q100标准，工作温度范围为-40°C至+105°C。它能够将通过单信号对（FPD-Link III）传输的高速串行接口，转换为四个LVDS数据/控制流、一个LVDS时钟对（OpenLDI (FPD-Link)）和I2S音频数据。该设备采用了行业标准的HDCP复制保护方案，确保数字视频和音频数据的安全传输。

二、关键特性

2.1 高速数据传输

支持5 MHz至85 MHz的像素时钟，应用有效负载率范围为175 Mbps至2.975 Gbps，实际线路速率范围为525 Mbps至2.975 Gbps。高速的传输能力能够满足汽车信息娱乐系统对高清视频和音频的需求。

2.2 双向控制通道

通过FPD-Link III的双向控制通道，实现了高速前向通道数据传输和低速全双工反向通道通信。这种架构不仅减少了互连的尺寸和重量，还消除了信号偏移问题，简化了系统设计。

2.3 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可达2.975 Gbps，确保在不同长度的电缆传输中都能保证信号质量。

2.4 图像增强

具备白平衡查找表（LUT）和自适应Hi-FRC抖动功能。白平衡LUT可以调整显示屏的色彩配置文件，使不同供应商的LCD显示屏呈现出相似的显示效果；自适应Hi-FRC抖动则能在18位显示屏上呈现“真彩色”图像，提升图像质量。

2.5 内置自测试（BIST）

可选的高速内置自测试功能，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。这对于原型阶段、设备生产、系统内测试和系统诊断都非常有用。

2.6 内部模式生成

解串器具有内部模式生成器，可生成17种默认模式，用于基本的面板测试和调试。测试模式简单重复，即使在无输入的情况下，只要设备未处于掉电模式，也能显示测试模式，方便进行快速的面板操作验证。

三、引脚配置与功能

DS90UH928Q-Q1的引脚配置涵盖了多个功能接口，包括FPD-Link输出接口、LVCMOS接口、控制与配置接口、电源与接地接口等。每个引脚都有特定的功能和用途，例如：

• FPD-Link输出接口：提供LVDS时钟和数据输出，需要外部100Ω差分终端以确保标准LVDS电平。
• LVCMOS接口：可作为通用输入输出（GPIO）使用，部分引脚还与I2S音频接口共享。
• 控制与配置接口：用于设置设备的工作模式、时钟频率、地址等参数。
• 电源与接地接口：提供设备所需的电源，同时需要注意电源的稳定性和去耦电容的配置。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保设备的安全运行至关重要。例如，电源电压的范围为-0.3V至4V，结温不能超过150°C等。在设计过程中，必须确保设备的工作条件在这些额定值范围内。

4.2 ESD耐受性

该设备具有良好的ESD耐受性，人体模型（HBM）可达±8000V，带电设备模型（CDM）可达+1250V，这有助于提高设备在实际应用中的可靠性。

4.3 推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压、LVCMOS电源电压、工作温度、PCLK频率和电源噪声等。例如，电源电压范围为3V至3.6V，LVCMOS电源电压可选择1.8V或3.3V，工作温度范围为-40°C至105°C。在设计电源电路时，需要确保电源的稳定性和纹波满足这些条件。

4.4 直流和交流电气特性

详细的直流和交流电气特性参数，如输入输出电压、电流、时序要求等，为电路设计提供了精确的参考。例如，LVCMOS输入的高电平电压范围为2.0V至VDDIO，低电平电压范围为0V至0.8V；LVDS输出的电压摆幅和差分输出电压等也有明确的参数规定。

五、应用与实现

5.1 典型应用

DS90UH928Q-Q1常用于汽车导航显示、后座娱乐系统等应用场景。在典型应用中，需要注意输入信号的耦合电容、LVDS输出的终端电阻、电源的旁路电容和铁氧体磁珠的使用等。例如，输入信号应使用0.1μF的耦合电容，LVDS输出需要100Ω的终端电阻，电源引脚附近应放置旁路电容以保证电源的稳定性。

5.2 设计要点

• 传输介质：建议使用屏蔽双绞线（STP）电缆，电缆和连接器的差分阻抗应为100Ω。电缆的最大长度取决于电缆质量、连接器、电路板和电气环境等因素。
• 显示应用：该解串器可与支持24位颜色深度（RGB888）和高清（720p）数字视频格式的显示屏配合使用。同时，HDCP 1.3兼容的加密模块可对视频和音频内容进行认证和解密。
• AV静音预防：为防止设备意外进入AV静音状态，可通过设置串行器上的DE寄存器来避免在消隐期间发送视频信号。
• OEN切换限制：OEN应在PDB变为高电平且内部电路稳定后再启用LVDS输出。为避免LVDS输出出现水平像素偏移，建议在OEN变为高电平后对数字块进行复位操作。

六、电源供应建议

6.1 上电要求

当VDDIO和VDD33分别供电时，VDDIO应比VDD33提前100μs上电。两个电源的上升时间应小于1.5ms且单调上升。如果PDB引脚不由微控制器控制，需要在该引脚上使用大电容，以确保PDB在所有电源稳定后才到达。

6.2 PDB引脚操作

PDB引脚用于启用或关闭设备。在切换PDB引脚进行硬复位时，需要至少2ms的低脉冲。所有输入信号必须在VDD33和VDDIO达到稳定值后才能驱动。

七、布局设计

7.1 布局指南

• 电源布局：使用薄电介质（2至4密耳）的电源/接地夹层，可提高电源系统性能。外部旁路电容应包括RF陶瓷和钽电解电容，建议使用LCC表面贴装电容以减小寄生特性。
• 信号布局：将LVCMOS信号与LVDS线路分开，以防止耦合干扰。对于LVDS互连，推荐使用紧密耦合的100Ω差分线路。
• 散热设计：从设备中心的DAP到接地平面至少需要9个热过孔，以确保良好的散热性能。

7.2 CML互连指南

使用100Ω耦合差分对，遵循S/2S/3S规则进行间距设计，尽量减少过孔数量，使用差分连接器，保持走线平衡，最小化线对内的偏移，并尽可能靠近TX输出和RX输入进行端接。

八、结论

DS90UH928Q-Q1解串器为汽车信息娱乐系统提供了一种高性能、安全可靠的数字视频和音频传输解决方案。在设计过程中，需要充分考虑设备的特性、引脚配置、电气特性、应用要求、电源供应和布局设计等方面，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，要密切关注文档的更新，以获取最新的技术支持和设计建议。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎一起讨论交流。