探索DS90UB901Q/DS902Q：汽车应用的理想FPD - Link III芯片组

探索DS90UB901Q/DS90UB902Q：汽车应用的理想FPD - Link III芯片组

在汽车电子领域，数据传输的高效性、稳定性和可靠性至关重要。DS90UB901Q/DS902Q作为德州仪器（TI）推出的一款FPD - Link III芯片组，专为汽车摄像头系统与主机控制器/电子控制单元（ECU）之间的直接连接而设计，能有效满足汽车应用的严苛要求。今天我们就来深入了解一下这款芯片组。

文件下载：DS90UB902QSQE NOPB.pdf

芯片组特性亮点

高速与稳定传输

• 宽频支持：支持10 MHz至43 MHz的输入PCLK，数据吞吐量可达160 Mbps至688 Mbps，能适应不同的应用场景和数据传输需求。
• 单差分对互连：通过单差分对实现高速前向通道和双向控制通道的数据传输，简化了PCB布线和电缆设计，减少了并行数据和时钟路径之间的偏斜问题，显著降低了系统成本。
• 嵌入式时钟技术：采用TI的嵌入式时钟技术，可在单差分对上实现透明的全双工通信，携带不对称的双向控制信息，且不依赖视频消隐间隔。

数据完整性保障

• CRC校验：16位数据有效负载中包含可选的CRC（循环冗余校验）数据完整性选项，可监控传输链路错误，确保数据传输的准确性。
• 链路状态监测：解串器的LOCK输出报告引脚和AT - SPEED BIST诊断功能可验证链路完整性，当检测到错误时，PASS引脚会发出信号通知主机控制器。

电气特性与可靠性

• 宽电压兼容：支持1.8V或3.3V的并行总线接口，具有良好的电压兼容性。
• ESD保护：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD标准，能有效抵抗静电放电，提高芯片的可靠性。
• 汽车级标准：经过AEC - Q100 Grade 2认证，工作温度范围为 - 40°C至 + 105°C，适用于汽车恶劣的工作环境。

低功耗与灵活性

• 电源管理：串行器和解串器均有PDB输入引脚，可控制设备的开启和关闭，实现电源管理。在电源关闭模式下，可降低功耗。
• GPIO功能：最多有6个可编程GPIO，可用于控制和响应各种命令，增加了系统设计的灵活性。

功能模块解析

串行帧格式

芯片组以特定的串行帧格式传输和接收像素数据。高速前向通道是一个28位符号，包含16位的相机数据和控制信息，CLK1和CLK0代表串行流中的嵌入式时钟。数据有效负载经过随机化、平衡和加扰处理，适合通过交流耦合链路传输，并可通过4位CRC函数进行校验。双向控制通道数据与高速前向数据一起在同一串行链路上传输，实现全双工通信。

双向控制总线与I2C模式

• I2C兼容接口：通过双向控制通道，可对DS90UB901Q、DS90UB902Q或外部远程设备（如相机）进行编程。时钟（SCL）和数据（SDA）线用于寄存器编程事务，这两条线为开漏I/O，需通过外部电阻上拉至VDDIO。
• 模式选择：每个设备可根据MODE引脚的设置，作为I2C从代理或主代理工作。当MODE引脚设置为高电平时，设备作为从代理；设置为低电平时，作为主代理。串行器和解串器的MODE配置必须互补。

从时钟拉伸

为了与I2C总线上的远程设备进行通信和同步，I2C主控制器/MCU必须支持从时钟拉伸。芯片组在数据传输期间利用总线时钟拉伸（将SCL线拉低），I2C从设备在每个I2C数据传输的第9个时钟之前（ACK信号之前）将SCL线拉低，直到远程外设响应。

ID[x]地址解码器

ID[x]引脚用于解码和设置串行器/解串器的物理从地址（仅I2C），通过一个10 kΩ电阻上拉至VDD（1.8V）和一个下拉电阻（RID），可设置六种可能的地址之一，允许总线上最多连接六个设备。

应用模式详解

相机模式

• 工作原理：I2C事务由解串器侧的主控制器发起。解串器中的I2C从核心检测事务是针对串行器还是串行器处的从设备，通过双向控制通道发送命令启动事务。串行器接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，同时捕获响应并在正向通道链路上返回。解串器解析响应并将适当的响应传递到解串器的I2C总线。
• 配置要点：将串行器的MODE引脚设置为低电平，解串器的MODE引脚设置为高电平。在发起I2C命令之前，需对解串器进行编程，设置目标从设备地址和串行器设备地址。

显示模式

• 工作原理：I2C事务由连接到串行器的控制器发起。串行器中的I2C从核心检测事务是针对串行器内部寄存器、解串器内部寄存器还是连接到解串器I2C主接口的远程从设备，通过正向通道链路发送命令启动事务。解串器接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，捕获响应并作为命令在双向控制通道上返回。串行器解析响应并将适当的响应传递到串行器的I2C总线。
• 配置要点：将串行器的MODE引脚设置为高电平，解串器的MODE引脚设置为低电平。在发起I2C命令之前，需对串行器进行编程，设置目标从设备地址和串行器设备地址。在显示模式下，解串器的0x08h ~ 0x17h寄存器必须重置为0x00。

CRC检测

芯片组在传输过程中为每个符号保留4位CRC用于检查链路完整性。解串器侧的PASS状态引脚可标记与远程设备之间传输数据的不匹配情况。解串器的PLL必须先锁定（LOCK引脚为高电平），以确保PASS状态有效。当检测到错误时，PASS引脚置低，并可通过CRC寄存器管理数据错误计数。

设计与应用注意事项

电源与布局

• 电源系统：为芯片组提供低噪声的电源馈送至关重要。建议使用薄介质（2至4密耳）的电源/接地夹层，以提供具有低电感寄生效应的平面电容。外部旁路电容应包括RF陶瓷和钽电解电容，且表面贴装电容因其较小的寄生效应而更受推荐。
• PCB布局：采用至少四层板，包含电源和接地层。将LVCMOS信号与差分线分开，以防止耦合。推荐使用紧密耦合的100Ω差分线，以减少辐射和提高抗干扰能力。

传输介质

• 电缆选择：芯片组适用于多种平衡电缆，最佳性能在43 MHz、10米长度的屏蔽双绞线（STP）电缆上实现。电缆的选择应考虑其衰减、近端串扰和线对间偏斜等参数。
• 信号质量评估：可通过监测CMLOUT P/N输出的差分眼图来评估传输介质接收端的信号质量，使用差分探头在CMLOUT P/N引脚的终端电阻上进行测量。

其他要点

• AC耦合：SER/DES仅支持通过集成DC平衡解码方案的AC耦合互连，在FPD - Link III信号路径中需串联外部AC耦合电容。
• GPIO应用：芯片组最多有6个GPIO，可根据需要配置为输入或输出端口。在配置为解串器GPI到串行器GPO通信时，GPIO最大切换速率可达66 kHz；而串行器GPI到解串器GPO的数据传输受PCLK最大数据速率限制。

DS90UB901Q/DS902Q芯片组凭借其卓越的性能和丰富的功能，为汽车摄像头系统的数据传输提供了可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要充分考虑其特性和应用要求，合理进行电路设计和布局，以实现最佳的系统性能。希望本文能为电子工程师们在使用这款芯片组时提供有价值的参考。你在使用类似芯片组的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。