汽车娱乐系统利器：DS90UH927Q-Q1 FPD-Link III 串行器深度解析

在汽车电子领域，数字视频传输的安全性和高效性一直是工程师们关注的焦点。今天，我们就来深入剖析一款专为汽车娱乐系统打造的芯片——DS90UH927Q-Q1 FPD-Link III 串行器。

文件下载：ds90uh927q-q1.pdf

一、芯片概述

DS90UH927Q-Q1 串行器与 DS90UH928Q-Q1 或 DS90UH926Q-Q1 解串器配合使用，为汽车娱乐系统中受内容保护的数字视频安全分发提供了理想解决方案。它能将 FPD-Link 视频接口转换为单对高速串行接口，采用业界标准的高带宽数字内容保护（HDCP）复制保护方案保护数字视频数据。

二、关键特性

2.1 高速数据传输

• 高带宽支持：支持 5 - 85MHz 的像素时钟（PCLK），对应应用有效负载率范围为 155Mbps - 2.635Gbps，实际线路速率范围为 525Mbps - 2.975Gbps，能够满足高清视频传输的需求。
• 数据优化处理：高速前向通道的数据有效负载针对交流耦合链路进行了优化，数据经过随机化、直流平衡和加扰处理，确保了信号传输的稳定性和可靠性。

2.2 内容保护

• HDCP 加密：集成 HDCP 加密引擎，对音视频内容进行加密，保障了内容的安全性。HDCP 密钥存储在片上非易失性存储器中，在制造过程中由 TI 加载，外部无法访问。
• 音频加密支持：当 HDCP 激活时，数据包化的音频也会与视频数据一起加密，满足了对数字音频加密的需求。

2.3 低功耗与优化设计

• 远程自动断电模式：当检测到背通道空闲或解串器断电时，串行器会进入远程自动断电模式，显著降低功耗。一旦检测到背通道恢复活动，将自动尝试恢复正常运行。
• 低 EMI 设计：采用低电压差分信号、数据加扰和随机化以及直流平衡等技术，有效降低了高速 FPD-Link III 总线上的电磁干扰（EMI）。

2.4 丰富的接口与功能

• 双向控制通道：通过高速度前向通道的嵌入式信令和反向通道的低速信令实现双向控制通道（BCC），允许串行器/解串器之间以及与远程 I²C 从设备进行通信。
• GPIO 通道：提供 4 个双向通用输入输出（GPIO）通道，可用于各种控制和监测功能。
• I²S 音频接口：支持多达 4 个 I²S 数字音频输入，可实现环绕声应用。

2.5 测试与诊断功能

• 内置自测试（BIST）：支持高速串行链路和低速背通道的测试，无需外部数据连接。在解串器激活 BIST 时，串行器输出测试模式并驱动链路，解串器检测测试模式并监测错误，方便工程师进行故障排查和系统验证。
• 错误检查：在 BIST 模式下，串行器和解串器都会进行错误检查，包括前向通道和背通道的 CRC 错误检查，并将错误信息记录在状态寄存器中。

三、功能模式

3.1 掉电模式（PDB）

通过 PDB 输入引脚可启用或关闭设备，在显示不需要时可禁用链路以节省功耗。在操作时需注意引脚驱动的时机和电压要求，确保设备正常工作。

3.2 向后兼容模式

该串行器向后兼容 DS90UR906Q、DS90UR908Q、DS90UR910Q 和 DS90UR916Q FPD-Link II 解串器，适用于不同的系统架构和升级需求。

3.3 低频优化模式（LFMODE）

可通过寄存器或 LFMODE 引脚设置，优化设备在较低输入数据时钟范围的操作。LFMODE 为低时，RxCLKIN+ 频率在 15 - 85MHz；LFMODE 为高时，RxCLKIN+ 频率在 5 - <15MHz。

3.4 FPD-Link 输入帧和颜色位映射选择

支持 24 位颜色（8 位 RGB）的两种不同映射方案，可通过 MAPSEL 引脚或寄存器进行控制，满足不同数据输入源的接口需求。

3.5 HDCP 模式

实现了 HDCP v1.3 规范的加密功能，支持 HDCP 中继器应用，可将 HDCP 传输扩展到多个链路和显示设备，同时对音频和视频数据进行加密和解密处理。

四、编程与寄存器配置

4.1 串行控制总线

DS90UH927Q-Q1 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，SCL 和 SDA 信号需要外部上拉电阻。

4.2 寄存器映射

芯片提供了丰富的寄存器用于配置和监测各种功能，包括设备 ID、复位、模式选择、GPIO 配置、HDCP 控制等。工程师可以根据具体应用需求对这些寄存器进行编程，实现灵活的系统设计。

五、应用与设计要点

5.1 典型应用

DS90UH927Q-Q1 主要用于汽车导航显示器和后座娱乐系统等应用，与 HDCP 兼容的主机（图形处理器）和支持 24 位色深（RGB888）和高清（720p）数字视频格式的显示器接口。

5.2 设计要求

• 电源供应：电源供应斜坡（VDD33 和 VDDIO）应在 1.5ms 内单调上升，确保设备稳定工作。PDB 引脚需要大电容，以确保在所有电源引脚达到推荐工作电压后再启用设备。
• 布局设计：电路板布局应采用至少四层板，包含电源和接地层，将 LVCMOS 信号与 LVDS 线路分开，以防止耦合干扰。LVDS 互连建议使用紧密耦合的 100Ω 差分线，减少辐射和噪声。
• 电容配置：在电源引脚附近放置旁路电容，包括 RF 陶瓷和钽电解电容，以提供低噪声电源。对于 CML 输出，需要在高速串行线路上使用外部 0.1μF 交流耦合电容。

六、总结

DS90UH927Q-Q1 FPD-Link III 串行器凭借其高速数据传输、内容保护、低功耗、丰富的接口和功能等特性，为汽车娱乐系统的数字视频传输提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置寄存器，注意电源供应和布局设计等要点，以充分发挥芯片的性能。你在使用这款芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。