详解DS90UR903Q/DS90UR904Q：FPD - Link II serializer与deserializer的卓越之选

在电子设计领域，视频传输的高效性和稳定性一直是工程师们关注的重点。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片组，它为视频显示应用提供了出色的解决方案。

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产品概述

DS90UR903Q/DS90UR904Q是一组适用于视频显示应用的FPD - Link II芯片组，工作在10 MHz至43 MHz的像素时钟频率范围内。其中，DS90UR903Q作为serializer，能将21位宽的并行LVCMOS数据总线转换为单条高速差分对；而DS90UR904Q作为deserializer，则负责接收单条串行数据流，并将其转换回21位宽的并行数据总线。这种设计大大简化了数据传输过程，有效解决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。

产品特性亮点

高性能数据传输

• 宽频率支持：支持10 MHz至43 MHz的输入PCLK，数据吞吐量可达210 Mbps至903 Mbps，能够满足多种视频传输需求。
• 单差分对互连：采用单差分对互连方式，结合嵌入式时钟和直流平衡编码，支持交流耦合互连，可驱动长达10米的屏蔽双绞线，传输距离远且信号稳定。

灵活配置与监控

• I2C兼容接口：具备I2C兼容的串行接口，可用于设备配置，方便工程师进行灵活设置。
• 硬件地址与状态报告：拥有单硬件设备寻址引脚和LOCK输出报告引脚，前者可实现设备的唯一寻址，后者能有效验证链路完整性。

信号质量保障

• 均衡控制：Deserializer输入提供均衡控制，可补偿长距离传输中介质带来的损耗，确保信号质量。
• 直流平衡编码：内部采用直流平衡编码/解码，支持交流耦合互连，进一步增强了信号的稳定性。

电源与兼容性

• 单电源供电：采用1.8V单电源供电，降低了电源设计的复杂度。
• 接口兼容：支持1.8V或3.3V兼容的并行总线接口，能与多种系统接口兼容。

可靠性与安全性

• ESD防护：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD标准，具备良好的静电放电防护能力。
• 汽车级认证：经过AEC - Q100 Grade 2认证，适用于汽车级应用，可靠性高。

规格参数剖析

绝对最大额定值

了解芯片的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。DS90UR903Q/DS90UR904Q在不同电压和温度条件下都有明确的限制，例如，电源电压、LVCMOS输入电压、CML驱动和接收I/O电压等都有相应的最大和最小值，超出这些范围可能会导致设备损坏。

处理额定值

包括存储温度范围、静电放电等级等参数。该芯片在存储温度范围为 - 65℃至150℃，并具备多种静电放电防护等级，如人体模型（HBM）、充电设备模型（CDM）、机器模型（MM）等，能有效抵御静电对设备的损害。

推荐工作条件

为了使芯片达到最佳性能，推荐在特定的电源电压、温度和时钟频率等条件下工作。例如，电源电压推荐在1.71V至1.89V（1.8V供电时）或3.0V至3.6V（3.3V供电时），工作温度范围为 - 40℃至 + 105℃，PCLK时钟频率为10 MHz至43 MHz。

热信息

提供了芯片的热阻等参数，如结到环境的热阻（RθJA）、结到外壳的热阻（RθJC）等。这些参数有助于工程师进行散热设计，确保芯片在工作过程中不会因过热而影响性能。

电气特性

详细列出了LVCMOS、CML驱动和接收等不同接口的电气参数，如输入电压、输出电压、输入电流、输出短路电流等。这些参数是设计电路时的重要依据，工程师需要根据实际需求进行合理选择和匹配。

详细设计与功能分析

串行帧格式

DS90UR903Q/904Q芯片组以28位符号的形式传输数据，其中包含21位视频数据和控制信息，CLK1和CLK0代表串行流中的嵌入式时钟。这种数据格式经过优化，适用于交流耦合链路的信号传输，数据经过随机化、平衡和加扰处理，提高了信号的抗干扰能力。

信号质量增强

• 接收器输入均衡（EQ）：Deserializer的接收器输入提供了均衡控制功能，可通过寄存器设置调整均衡水平，以补偿介质损耗，确保长距离传输时的信号质量。
• 减少电磁干扰（EMI）：采用接收器交错输出和可编程扩频时钟（SSCG）技术，有效减少了输出同时切换的数量，降低了电源噪声，并扩展了噪声频谱，从而降低了整体EMI。

设备功能模式

• LVCMOS VDDIO选项：用户可选择1.8V或3.3V的SER输入和DES输出，以适应不同的系统接口。
• 掉电模式：SER和DES都具备掉电模式，可通过PDB输入引脚进行控制，在设备不工作时节省功耗。此外，还支持自动模式，当PCLK或串行流停止时，设备可自动进入掉电模式，当信号恢复时，又能快速恢复正常工作。
• 像素时钟边缘选择（TRFB/RRFB）：可通过TRFB/RRFB寄存器选择像素时钟的边沿，以满足不同的应用需求。

编程与寄存器映射

芯片通过集成的I2C从控制器进行编程，ID[x]引脚用于解码和设置设备的物理从地址。文档中详细列出了DS90UR903Q和DS90UR904Q的控制寄存器映射，包括寄存器地址、名称、位域、读写属性、默认值和描述等信息，工程师可根据需要对设备进行配置。

应用与实现要点

应用信息

DS90UR903Q/904Q芯片组主要用于主机（图形处理器）和显示器之间的接口，支持21位并行视频总线，适用于18位色深（RGB666）的显示格式。同时，该芯片组也支持相机应用，可将CMOS图像传感器的数据传输到主机控制器。

典型应用设计

• 连接方式：在典型应用中，SER的CML输出需要通过0.1 μF的交流耦合电容连接到线路，线路驱动器包含内部终端；DES的CML输入同样需要使用0.1 μF的耦合电容，接收器也提供内部终端。此外，系统GPO信号可控制PDB和MODE端子，可选的串行总线控制用于设备配置。
• 交流耦合：芯片组仅支持交流耦合互连，需在FPD - Link II信号路径中串联外部交流耦合电容。为了减少封装寄生效应导致的信号质量下降，建议使用最小可用封装的电容。
• 上电要求：上电时，VDDIO电源需先达到预期工作电压（1.8V或3.3V），然后其他电源（VDDn）再开始上升。同时，需在VDD电源稳定后延迟并释放PDB输入信号，可通过外部RC网络实现。
• 传输介质：建议使用屏蔽双绞线（STP）电缆，其差分阻抗为100Ω，线规为24 AWG或更低。使用匹配差分阻抗的电缆和连接器可减少阻抗不连续性，提高信号传输质量。芯片组在43 MHz、10米长度的电缆上可实现最佳驱动性能，随着电缆长度缩短，最大信号速率可提高至50 MHz。

布局与电源建议

• 布局指南：电路板布局应确保为设备提供低噪声的电源馈送，将高频或高电平输入输出分开，以减少杂散噪声拾取、反馈和干扰。建议使用至少四层板，包含电源和接地平面，将LVCMOS信号与差分线分开，采用紧密耦合的100Ω差分线进行互连。
• 电源建议：芯片设计为从1.8V输入核心电压电源供电，部分设备为不同电路部分提供单独的电源和接地端子，以隔离开关噪声影响。建议使用外部旁路电容，包括RF陶瓷和钽电解电容，以提供有效的电源滤波。

总结

DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片组凭借其高性能的数据传输能力、灵活的配置选项、良好的信号质量保障和可靠性，为视频显示应用提供了全面的解决方案。在实际设计过程中，工程师需要充分了解芯片的特性和规格参数，合理进行电路设计、布局和电源管理，以确保系统的稳定运行和最佳性能。希望本文能为各位工程师在使用该芯片组时提供有价值的参考。你在使用DS90UR903Q/DS90UR904Q芯片组的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。