探索DS90UB901Q/DS902Q：汽车视觉系统的理想选择

在汽车电子领域，高效可靠的数据传输对于实现各种先进功能至关重要。德州仪器（TI）的DS90UB901Q/DS902Q芯片组，作为一款专门为汽车视觉系统设计的串行器/解串器，以其卓越的性能和丰富的特性，为汽车摄像头系统与主机控制器/电子控制单元（ECU）之间的数据传输提供了理想的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片组。

文件下载：ds90ub901q-q1.pdf

芯片概述

DS90UB901Q/DS902Q芯片组提供了FPD-Link III接口，具备高速前向通道和双向控制通道，可通过单根差分对进行数据传输。串行器（DS90UB901Q）将16位宽的并行LVCMOS数据总线和双向控制总线转换为单根高速差分对，而解串器（DS90UB902Q）则将单根串行数据流转换回16位宽的并行数据总线和双向控制通道数据总线。这种设计不仅简化了数据传输路径，还提高了信号质量和系统可靠性。

特性亮点

1. 广泛的频率支持

支持10 MHz至43 MHz的输入像素时钟频率，数据吞吐量可达160 Mbps至688 Mbps，能够满足不同汽车摄像头系统的需求。

2. 单差分对互连

通过单根差分对进行数据传输，减少了PCB布线和电缆数量，降低了系统成本和复杂度。

3. 双向控制通道

支持I2C的双向控制通道，可实现图像传感器与ECU之间的双向通信，无需额外的编程和控制线。

4. 嵌入式时钟技术

采用TI的嵌入式时钟技术，可在单根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，不受视频消隐间隔的影响。

5. 长距离驱动能力

能够驱动长达10米的屏蔽双绞线，适用于各种汽车应用场景。

6. 数据完整性检查

提供可选的CRC（循环冗余校验）功能，可监测传输链路的错误，确保数据的完整性。

7. 低功耗设计

具有串行器待机功能，可提供低功耗节能模式，并支持远程唤醒功能。

8. 高可靠性

符合ISO 10605 ESD和IEC 61000-4-2 ESD标准，经过AEC-Q100 Grade 2认证，适用于汽车级应用。

引脚说明

串行器（DS90UB901Q）

• LVCMOS并行接口：包括14位并行数据输入（DIN[13:0]）、水平同步输入（HSYNC）、垂直同步输入（VSYNC）和像素时钟输入（PCLK）。
• 通用输入输出（GPIO）：提供6个可编程的GPIO引脚，可用于控制和响应各种命令。
• 双向控制总线：通过SCL和SDA线实现I2C通信，支持高达100 kbps的数据速率。
• FPD-Link III接口：通过DOUT+和DOUT-输出单根高速差分对。

解串器（DS90UB902Q）

• LVCMOS并行接口：包括14位并行数据输出（ROUT[13:0]）、水平同步输出（HSYNC）、垂直同步输出（VSYNC）和像素时钟输出（PCLK）。
• 通用输入输出（GPIO）：提供6个可编程的GPIO引脚，可用于控制和响应各种命令。
• 双向控制总线：通过SCL和SDA线实现I2C通信，支持高达100 kbps的数据速率。
• FPD-Link III接口：通过RIN+和RIN-输入单根高速差分对。

功能描述

串行帧格式

DS90UB901Q/DS902Q芯片组以28位符号的格式传输和接收像素数据，其中包括16位的图像数据、嵌入式时钟（CLK1和CLK0）和DC平衡信息。数据有效负载经过随机化、平衡和加扰处理，可通过4位CRC功能进行检查，以监测传输链路的完整性。

双向控制总线和I2C模式

芯片组的双向控制通道支持I2C通信，可通过时钟（SCL）和数据（SDA）线对DS90UB901Q/DS902Q芯片组进行寄存器编程。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，实现主机控制器与远程设备之间的通信。

相机模式操作

在相机模式下，I2C事务由解串器侧的主控制器发起。解串器检测事务的目标设备，并通过双向控制通道发送命令。串行器接收命令并在本地I2C总线上生成I2C事务，同时将响应返回给解串器。解串器解析响应并将其传递给解串器I2C总线。

显示模式操作

在显示模式下，I2C事务由连接到串行器的控制器发起。串行器检测事务的目标设备，并通过前向通道链路发送命令。解串器接收命令并在本地I2C总线上生成I2C事务，同时将响应作为命令返回给双向控制通道。串行器解析响应并将其传递给串行器I2C总线。

CRC检测

每个符号保留4位CRC用于检查传输过程中的链路完整性。解串器侧提供报告状态引脚（PASS），用于标记与远程设备之间传输的数据是否匹配。解串器的PLL必须先锁定（LOCK引脚为高），以确保PASS状态有效。

可编程控制器

DS90UB901Q和DS902Q芯片组均内置集成的I2C从控制器，可用于访问和编程配置寄存器中的额外功能。

多设备寻址

芯片组支持从ID匹配/别名功能，可在同一I2C总线上连接多个具有相同固定地址的相机设备时，生成不同的目标从地址，实现对从设备的独立寻址。

I2C直通

I2C直通功能可独立寻址从设备，允许或禁止I2C双向控制通道与远程I2C总线之间的通信。

同步多相机

对于需要多相机帧同步的应用，建议使用通用输入/输出（GPIO）引脚传输控制信号，以同步多个相机。系统控制器需提供场同步输出，相机需设置为接受辅助同步输入。

电气特性

绝对最大额定值

芯片组的绝对最大额定值包括电源电压、输入电压、结温、存储温度等参数，使用时需确保不超过这些额定值，以保证芯片的正常工作和可靠性。

推荐工作条件

推荐工作条件包括电源电压、噪声、工作温度、PCLK时钟频率等参数，在设计电路时应尽量满足这些条件，以获得最佳的性能和稳定性。

电气特性表

电气特性表列出了芯片组在推荐工作条件下的各项参数，如LVCMOS直流规格、CML驱动器和接收器直流规格、串行器和解串器的电源电流等。这些参数为电路设计和性能评估提供了重要依据。

应用注意事项

AC耦合

芯片组支持通过集成的DC平衡解码方案实现AC耦合互连，需在FPD-Link III信号路径中串联100 nF的AC耦合电容。

典型应用连接

文档提供了DS90UB901Q串行器和DS902Q解串器的典型连接图，包括引脚控制和电源配置等信息，可作为电路设计的参考。

传输介质

芯片组适用于各种平衡电缆，建议使用具有100欧姆差分阻抗的屏蔽双绞线，以获得最佳的电缆驱动性能。同时，需注意电缆的衰减、近端串扰和对间 skew等参数对信号质量的影响。

PCB布局和电源系统考虑

在PCB布局时，应设计低噪声的电源馈电，分离高频或高电平输入输出，以减少噪声干扰。电源系统可采用薄介质的电源/接地夹层，提供平面电容和低电感寄生效应。外部旁路电容应包括RF陶瓷和钽电解电容，以提高电源系统的性能。

互连指南

互连时应使用100欧姆耦合差分对，遵循S/2S/3S规则进行间距设置，尽量减少过孔数量，使用差分连接器，保持走线平衡，减少对间 skew。

总结

DS90UB901Q/DS902Q芯片组以其卓越的性能、丰富的特性和广泛的应用场景，为汽车视觉系统的数据传输提供了可靠的解决方案。作为电子工程师，在设计汽车摄像头系统时，充分了解和利用这款芯片组的优势，将有助于提高系统的性能和可靠性，推动汽车电子技术的发展。你在使用类似芯片组的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。