德州仪器DS90UB903Q/904Q FPD - Link III评估套件使用指南

在汽车电子领域，数据传输的高效性和稳定性至关重要。德州仪器（TI）的DS90UB903Q/904Q FPD - Link III评估套件为汽车显示和视觉应用提供了一个优秀的解决方案。下面将详细介绍该套件的相关内容。

文件下载：SERDESUB-21USB/NOPB.pdf

一、套件概述

1. 套件内容

该评估套件包含一块DS90UB903Q串行器板、一块DS90UB904Q解串器板以及一条2米长的高速USB 2.0电缆。需要注意的是，芯片组支持最长达10米的传输距离。

2. 芯片组特性

DS90UB903Q/904Q芯片组支持通过两线串行流实现多种汽车显示或视觉应用。单差分对（FPD - Link III）非常适合主机控制器、电子控制单元（ECU）、FPGA与显示模块之间的直接连接。其双向控制通道可实现ECU/FPGA与显示模块之间的无缝通信，基于此芯片组还可以构建交互式显示平台，如触摸屏。

3. 功能特点

芯片组能够通过单根双绞线电缆传输高速视频数据以及低延迟的双向控制总线。集成的控制通道可在同一串行视频链路上双向传输数据，能够传输21位并行数据以及支持I2C总线的双向控制通道。此外，还有四条单向通用（GPI和GPO）信号线用于发送控制数据，该接口允许在单根高速差分对上进行透明的全双工通信，携带不对称的双向控制信息，而不依赖视频消隐间隔。串行器和解串器芯片组设计用于在PCLK时钟速度为10 - 43 MHz、I2C总线速率高达100 kbps、电缆长度达10米、温度范围为 - 40至 + 105°C的条件下传输数据。

二、系统要求

为了进行演示，需要以下设备：

1. 显示模块：具有1.8V或3.3V LVCMOS并行接口。
2. 微控制器（MCU）或FPGA：带有I2C接口总线（I2C主设备），且I2C主控制器/MCU必须支持从设备时钟拉伸。
3. 外部外设设备：支持I2C（从模式）。
4. 电源：需要1.8V电源（必需），3.3V电源（可选）。

三、套件设置

1. 典型应用

DS90UB903Q/904Q芯片组的典型应用包括MCU/FPGA对DS90UB903Q、DS90UB904Q以及远程外设设备（如显示模块）的设备寄存器进行编程。

2. 评估套件设置步骤

• 连接电缆：使用套件中提供的2米高速USB 2.0电缆，将4针USB A端连接到串行器板，5针迷你USB端连接到解串器板。需要注意的是，DS9UB903Q和DS9UB904Q不兼容USB，不应将其插入USB设备，也不应将USB设备插入演示板。
• 配置跳线和开关：工厂已对跳线和开关进行了配置，通常无需更改即可立即运行芯片组。具体可参考配置设置和数据手册。
• 连接扁平电缆：从控制器连接扁平电缆（未提供）到串行器板，并从解串器板连接另一根扁平电缆（未提供）到显示模块。对于50欧姆信号源，需向DS9UB903Q串行器板的DIN[20:0]和PCLK提供1.8V/3.3V LVCMOS输入信号电平，并添加50欧姆并联终端电阻R1 - R22。
• 连接I2C端口：将串行器的I2C端口连接到MCU/FPGA的I2C（I2C主设备），将解串器的I2C端口连接到外设从设备的I2C总线。
• 供电：通过串行器板的J5（VDD）和J6（VSS）以及解串器板的J8（VDD）和J9（VSS）为串行器和解串器板外部供电。注意，施加到串行器J5或解串器J8的VDD端子的最大电压为 + 2.5V，串行器JP12 VDDIO和解串器VDDIO JP13的电压不得超过 + 4.0V，否则可能会损坏设备。

四、双向控制总线和I2C模式

1. 时钟拉伸要求

为了通过双向控制通道与I2C总线上的远程设备进行通信和同步，I2C主控制器/MCU必须支持从设备时钟拉伸。芯片组在数据传输期间利用总线时钟拉伸（将SCL线拉低），在每次I2C数据传输的第9个时钟之前（ACK信号之前），I2C从设备会将SCL线拉低。

2. I2C接口和模式

双向控制总线支持I2C兼容接口，允许对DS90UB903Q、DS90UB904Q或外部远程设备（如相机或显示器）进行编程。通过时钟（SCL）和数据（SDA）线进行与DS90UB903Q/904Q芯片组的寄存器编程事务。这两个信号具有开漏I/O，必须通过外部电阻上拉到VDDIO。电路板可以选择使用板载1.0KΩ上拉电阻连接到VDDIO，也可以通过目标主机的外部上拉电阻连接。合适的上拉电阻值将取决于总总线电容和工作速度，DS90UB903Q/904Q I2C总线数据速率根据I2C规范支持高达100 kbps。 每个设备可以根据MODE（M_S）引脚确定的模式作为I2C从代理或主代理。当MODE（M_S）引脚设置为高电平时，设备被视为从代理，代表远程从设备作为从设备；当MODE（M_S）引脚设置为低电平时，设备将作为主代理设备，代表I2C主控制器作为主设备。注意，设备的MODE配置必须互补，例如，如果串行器的MODE（M_S）引脚设置为高电平，则解串器的MODE（M_S）引脚必须设置为低电平，反之亦然。

五、演示板配置

1. 串行器板配置

• 输入信号：2x22引脚的IDC连接器J1接收21位1.8V或3.3V数据以及PCLK时钟输入，VDDIO必须为1.8V或3.3V LVCMOS输入进行外部设置。
• 电源和开关：串行器板通过J5（VDD）和J6（VSS）连接器外部供电。要使串行器正常工作，S1上的S1 - PDB开关必须设置为高电平，S1 - RES0必须设置为低电平，主/从模式可通过S1 - M_S（MODE）进行用户选择。
• USB接口：板底的USB连接器P2（USB - A端）提供与解串器板的接口连接，顶部的P3（迷你USB）未使用。

2. 解串器板配置

• 输入信号：顶部的USB连接器J2（迷你USB）提供FPD - Link III信号与串行器板的接口连接，底部的J5（迷你USB）未使用。
• 电源和开关：解串器板通过J8（VDD）和J9（VSS）连接器外部供电。要使解串器正常工作，S1开关 - PDB必须设置为高电平，S1 - RES0、BISTEN（正常模式）必须设置为低电平，主/从模式可通过S1 - M_S（MODE）进行用户选择。
• 输出信号：2x22引脚的IDC连接器J7提供对21位1.8V或3.3V LVCMOS和PCLK时钟输出的访问。

六、测试设备和连接

1. 输入信号测试设备

• 数字视频源：用于生成特定的显示时序，如具有数字视频信号（1.8V/3.3V LVCMOS）的图形控制器或CMOS成像器。
• 其他信号发生器/视频源：能够生成正确的输入电平。

2. 输出信号测试设备

• 显示模块：如LCD。
• 支持数字视频信号（1.8V/3.3V LVCMOS）的控制器或捕获卡。
• 视频捕获卡。
• 带有I2C接口的微控制器或FPGA。
• 可选：逻辑分析仪或示波器。
• 带宽至少为50MHz的示波器，用于观察1.8V/3.3V LVCMOS信号；带宽至少为1.5GHz的示波器，用于观察差分信号。

七、双向控制通道评估

1. 显示模式

在显示模式下，I2C事务由连接到串行器的控制器发起。串行器中的I2C从核心将检测事务是针对串行器内的（本地）寄存器，还是解串器内的（远程）寄存器，或者是连接到解串器I2C主接口的远程从设备。命令通过前向通道链路发送以启动事务，解串器将接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，同时，解串器将捕获I2C总线上的响应，并将响应作为命令返回在双向控制通道上，串行器解析响应并将适当的响应传递到串行器I2C总线。

2. 相机模式

在相机模式下，I2C事务由解串器端的主控制器发起。解串器中的I2C从核心将检测事务是针对串行器还是串行器端的从设备。命令通过双向控制通道发送以启动事务，串行器将接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，同时，串行器将捕获I2C总线上的响应，并将响应返回在前向通道链路上，解串器解析响应并将适当的响应传递到解串器I2C总线。

八、故障排除

如果演示板运行不正常，可以参考以下快速检查和故障排除表：

1. 快速检查

• 检查串行器和解串器板的电源和接地是否连接。
• 检查电源电压（典型值为1.8V）以及串行器和解串器板的电流消耗。在时钟和所有数据位以43 MHz切换时，串行器板的电流消耗约为70mA，解串器板的电流消耗约为100mA。
• 验证输入时钟和输入数据信号是否满足要求（VIL、VIH、tset、thold），并验证数据是否在所选的时钟上升/下降（RFB寄存器）沿上触发。
• 检查跳线和开关是否设置正确。
• 检查电缆是否正确连接。

2. 故障排除表

问题	解决方案
只有输出时钟	确保数据应用到正确的输入引脚
没有输出数据	确保输入数据有效
没有输出数据和时钟	确保电源开启，输入数据和时钟有效且连接正确，确保电缆牢固连接到两个演示板
电源、接地、输入数据和输入时钟连接正确，但没有输出	检查串行器和解串器板的电源关闭引脚，确保设备已启用（PDB = Vdd）
设备电流消耗超过1A	检查连接串行器和解串器板的电缆是否短路
演示板上电后，电源设置为1.8V时读数低于1.8V	使用更大的电源，建议最小电源为500mA

九、总结

德州仪器的DS90UB903Q/904Q FPD - Link III评估套件为汽车显示和视觉应用提供了一个功能强大且灵活的解决方案。通过正确的设置和配置，工程师可以充分利用该套件的特性，实现高效、稳定的数据传输。在使用过程中，遇到问题时可以参考故障排除部分进行解决。大家在实际应用中是否也遇到过类似的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。