汽车视觉系统的理想之选：DS90UB901Q/DS902Q芯片组深度剖析

汽车视觉系统的理想之选：DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片组深度剖析

引言

在汽车电子的发展浪潮中，汽车视觉系统的重要性日益凸显。无论是倒车影像、车道偏离预警，还是停车辅助等功能，都离不开高效、可靠的数据传输与处理。德州仪器（TI）推出的DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片组，凭借其卓越的性能，成为汽车视觉系统应用的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款芯片组。

文件下载：ds90ub902q-q1.pdf

产品特性亮点

1. 数据传输能力强劲

芯片组支持10 MHz至43 MHz的输入PCLK，能实现160 Mbps至688 Mbps的数据吞吐量。这种高速的数据传输能力，为汽车视觉系统中的高清图像和视频数据传输提供了有力保障，让图像和视频的传输更加流畅，有助于提高视觉系统的实时性和准确性。

2. 接口设计简洁高效

采用单差分对互连，大大简化了系统的布线，减少了PCB的复杂度，同时降低了成本。而且还具备双向控制接口通道，并支持I2C通信，方便实现设备之间的控制和数据交互。

3. 信号处理优势明显

内置时钟和直流平衡编码，支持交流耦合互连，有效增强了信号的质量和稳定性，能够适应不同的传输环境。并且能够驱动长达10米的屏蔽双绞线，满足汽车内部不同位置设备之间的长距离数据传输需求。

4. 功能丰富且实用

• 数据完整性检查：具备16位数据有效负载，并带有循环冗余校验（CRC）功能，可实时监测数据传输的完整性，及时发现并处理传输过程中的错误，提高系统的可靠性。
• GPIO 灵活性高：拥有多达6个可编程的GPIO引脚，用户可以根据实际需求对这些引脚进行灵活配置，实现各种不同的控制和响应功能。
• 链路完整性验证：设有LOCK输出报告引脚和AT - SPEED BIST诊断功能，能够实时验证链路的完整性，让用户及时了解数据传输链路的工作状态。

  5. 电气特性适配广泛

• 电源兼容性好：支持1.8V或3.3V的并行总线接口，并且采用单一的1.8V电源供电，降低了电源设计的复杂度，同时也能与不同的汽车电子系统进行良好的适配。
• ESD防护能力强：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD标准，能够有效抵御静电干扰，保护芯片免受静电损坏，提高了芯片在复杂汽车电子环境中的稳定性和可靠性。

  6. 工作环境适应性强

  作为汽车级产品，经过AEC - Q100 Grade 2认证，能够在 - 40°C至 + 105°C的宽温度范围内稳定工作，适应各种恶劣的汽车使用环境。

引脚功能与应用

引脚详细解析

DS90UB901Q为32引脚的WQFN封装，DS90UB902Q为40引脚的WQFN封装。它们的引脚涵盖了LVCMOS并行接口、通用输入输出（GPIO）、双向控制总线（I2C兼容）、FPD - Link III接口以及电源和接地等多个功能模块。每个引脚都有其特定的功能和作用，例如：

• LVCMOS并行接口引脚：用于输入或输出并行数据，如DS90UB901Q的DIN[13:0]引脚为并行数据输入引脚，DS90UB902Q的ROUT[13:0]引脚为并行数据输出引脚。
• 双向控制总线引脚：SCL和SDA引脚用于I2C通信，实现设备之间的控制和数据传输。
• 电源和接地引脚：为芯片提供稳定的电源供应和良好的接地，确保芯片正常工作。

  典型应用连接

  在实际应用中，DS90UB901Q和DS90UB902Q通常配合使用。DS90UB901Q将16位宽的并行LVCMOS数据总线和双向控制总线转换为单高速差分对进行传输，而DS90UB902Q则将接收到的单串行数据流转换回16位宽的并行数据总线和双向控制通道数据总线。这种配置非常适合汽车视觉系统中摄像头与主机控制器/电子控制单元（ECU）之间的直接连接。

工作模式与特点

相机模式

在相机模式下，I2C事务由解串器（DS90UB902Q）侧的主控制器发起。解串器会检测事务是针对串行器（DS90UB901Q）还是串行器侧的从设备，然后通过双向控制通道发送命令来启动事务。串行器接收到命令后，会在其本地I2C总线上生成I2C事务，并将响应通过前向通道链路返回给解串器。解串器解析响应后，将适当的响应传递给解串器的I2C总线。

显示模式

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从核心会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，解串器接收命令后在其本地I2C总线上生成I2C事务，并将响应作为命令通过双向控制通道返回给串行器。串行器解析响应后，将适当的响应传递给串行器的I2C总线。

数据完整性保障机制

CRC检测

芯片组在传输过程中为每个符号保留4位CRC校验，用于检查链路的完整性。解串器侧设有PASS状态报告引脚，当检测到远程设备传输的数据存在不匹配时，该引脚会发出信号。不过，要确保PASS状态有效，解串器的PLL必须先锁定（LOCK引脚为高电平）。一旦检测到错误，PASS引脚会置为低电平，同时还提供CRC寄存器（CRC ERROR B0/B1）用于管理数据错误计数。

其他保障机制

芯片组还提供了多种确保数据在长距离传输和接收过程中完整性的机制，包括对双向通道控制、VSYNC和HSYNC信号以及并行视频/像素数据的校验，为数据传输的准确性提供了全方位的保障。

应用设计要点

电气特性与参数

在设计过程中，需要关注芯片的电气特性和各种参数，如绝对最大额定值、推荐工作条件、电气特性等。这些参数规定了芯片正常工作的范围和条件，例如电源电压、输入输出电压、工作温度、PCLK时钟频率等。只有在这些规定的范围内使用芯片，才能确保其性能和可靠性。

信号质量与EMI处理

为了提高信号质量和降低电磁干扰（EMI），可以采取以下措施：

• 接收器输入均衡（EQ）：解串器的接收器输入配备了输入均衡滤波器，可通过寄存器设置调整均衡水平，以补偿传输介质带来的信号损失。
• 接收器交错输出：解串器的接收器交错输出功能，使输出在定义的窗口内以随机分布的方式进行切换，减少了输出同时切换的数量，有助于降低电源噪声，分散噪声频谱，从而降低整体EMI。
• 展频时钟（SSCG）：DS90UB902Q的并行数据和时钟输出具有可编程的SSCG范围，可通过SSC控制寄存器控制输出展频的调制速率和调制频率变化，进一步减少EMI。

  PCB布局与电源系统

  合理的PCB布局和电源系统设计对于芯片的性能至关重要。在设计PCB时，应注意以下几点：

• 为芯片提供低噪声的电源供应，采用薄介电层（2至4密耳）的电源/接地夹层，以提供平面电容，降低电感寄生效应。
• 选择合适的外部旁路电容器，包括RF陶瓷和钽电解电容器，合理安排电容器的位置和参数。
• 将LVCMOS信号与差分线分开布局，采用紧密耦合的100欧姆差分线，减少耦合噪声和辐射。

  传输介质选择

  芯片组可用于多种平衡电缆，根据距离和信号质量要求进行选择。为了确保最佳性能，建议使用特性阻抗为100欧姆的屏蔽双绞线（STP）电缆，并选择低偏斜、阻抗匹配的电缆，同时对未使用的导体进行接地或端接处理。

总结

DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片组凭借其高速的数据传输能力、丰富的功能特性、出色的数据完整性保障机制以及良好的工作环境适应性，成为汽车视觉系统应用的不二之选。在实际设计过程中，工程师们需要充分了解芯片的各项特性和参数，合理进行引脚配置、模式选择和应用设计，同时注意信号质量、EMI处理、PCB布局和传输介质选择等方面的问题，以确保系统能够稳定、可靠地运行。相信随着汽车电子技术的不断发展，这款芯片组将在汽车视觉系统领域发挥更加重要的作用。你在使用类似芯片组的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。