DS90C241和DS90C124：5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器深度解析

在硬件设计领域，数据传输的高效性和稳定性至关重要。DS90C241和DS90C124作为5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入探讨这两款芯片的特性、应用及设计要点。

文件下载：ds90c241.pdf

一、芯片特性亮点

（一）数据传输优势

DS90C241和DS90C124能够将24位并行总线转换为带有嵌入式时钟信息的全透明数据和控制LVDS串行流。这种单串行流设计消除了并行数据和时钟路径之间的偏斜问题，简化了通过PCB走线或电缆传输24位总线的过程。同时，它通过缩小数据路径，降低了系统成本，减少了PCB层数、电缆宽度以及连接器尺寸和引脚数量。

（二）功能特性丰富

1. DC平衡编码和解码：支持AC耦合接口，无需外部编码，内部DC平衡编码和解码功能确保了数据传输的稳定性。
2. 电源控制灵活：发射器和接收器都有独立的电源控制，方便在不同应用场景中实现高效运行。
3. 时钟恢复功能：接收器上的嵌入式时钟CDR（时钟和数据恢复）功能，无需外部参考时钟源，大大简化了系统设计。
4. 预加重功能：通过LVDS输出上的外部电阻，用户可以自定义预加重驱动能力，能够驱动长达10米的屏蔽双绞线电缆。
5. 时钟边缘可选：发射器和接收器上的并行数据都可以选择用户可选的时钟边缘，增加了设计的灵活性。

二、广泛的应用场景

（一）汽车领域

在汽车行业，DS90C241和DS90C124有着广泛的应用，如汽车中央信息显示屏、汽车仪表盘显示屏、汽车平视显示器以及基于远程摄像头的驾驶员辅助系统等。这些应用场景对数据传输的稳定性和实时性要求极高，而这两款芯片正好能够满足这些需求。

（二）其他领域

其在一些需要长距离、高速数据传输的场景中也能发挥重要作用，如工业控制、安防监控等领域。

三、芯片详细描述

（一）工作原理

DS90C241将24位宽的并行LVCMOS数据转换为带有嵌入式时钟的单高速LVDS串行数据流，并对数据进行加扰或DC平衡处理，以提高信号质量，支持AC耦合。DS90C124则接收LVDS串行数据流，将其转换回24位宽的并行数据和恢复的时钟。

（二）初始化和锁定机制

在数据传输前，需要对DS90C241和DS90C124进行初始化，即同步串行器和解串器的PLL。串行器锁定输入时钟源后，解串器再与之同步。解串器能够在不使用单独参考时钟源的情况下锁定数据流，实现真正的自动插拔和锁定性能。

（三）数据传输过程

数据通过TCLK输入时钟进入串行器，TRFB引脚可选择TCLK的边缘来选通数据。串行器输出（DOUT±）驱动点对点连接，同时会传输CLK1、CLK0、DCA、DCB四个开销位。解串器锁定输入数据流后，会驱动LOCK引脚为高，并在输出端提供有效的数据和恢复的时钟。

（四）预加重功能

DS90C241的预加重功能可补偿长距离或有损传输介质的影响。通过在LVDS逻辑转换期间增加额外电流，减少电缆负载效应，增加驱动距离，提高信号完整性。但需要注意的是，预加重的量应根据具体应用的传输距离进行调整，过多的预加重可能会导致接收器输入引脚出现过冲或下冲现象。

（五）AC耦合和终端匹配

芯片支持通过集成的DC平衡编码/解码方案实现AC耦合互连。在LVDS信号路径中插入外部AC耦合电容器，可实现串行器和解串器之间的AC耦合连接。解串器输入级设计为AC耦合，提供了多种终端匹配选项，如使用100Ω电阻、两个50Ω电阻以及电压分压器网络等，以满足不同的应用需求。

四、典型应用设计

（一）设计要求

在典型设计应用中，SER/DES仅支持通过集成的DC平衡解码方案实现AC耦合互连，因此需要在FPD - Link III信号路径中串联外部AC耦合电容器。

（二）详细设计步骤

1. 电源设计：电路布局和堆叠应提供低噪声电源，使用薄电介质（2至4密耳）的电源和接地夹层可提高电源系统性能。外部旁路电容器应包括RF陶瓷和钽电解电容器，且MLCC表面贴装电容器因其较小的寄生特性而被推荐使用。
2. 布线设计：使用至少四层板，有电源和接地层。将LVCMOS信号与LVDS线路分开，以防止耦合。LVDS互连推荐使用100Ω的紧密耦合差分线，这种设计有助于确保耦合噪声表现为共模，从而被接收器拒绝，同时减少辐射。
3. 终端匹配：LVDS互连需要进行终端匹配，对于点对点应用，应在设备两端放置100Ω的终端电阻，且电阻应尽可能靠近发射器DOUT±输出和接收器RIN±输入，以减少终端电阻和设备之间的残端。

（三）噪声裕量和传输介质

解串器的噪声裕量是指其能够容忍的输入抖动（相位噪声）量，各种环境和系统因素都会影响噪声裕量，如串行器的TCLK抖动、VCC噪声，介质的ISI、VCM噪声以及解串器的VCC噪声等。芯片可以通过PCB走线或双绞线电缆进行点对点配置，传输介质需要在发射器和接收器对的两端进行终端匹配。

（四）实时插入功能

DS90C241和DS90C124支持实时插拔应用，解串器能够在实时插入事件中自动锁定到活动数据流，为系统的灵活性和可维护性提供了保障。

五、布局和电源建议

（一）布局准则

良好的布局设计对于芯片的性能至关重要。要为LVDS SERDES设备提供低噪声电源，分离高频或高电平输入输出，减少杂散噪声、反馈和干扰。使用薄电介质的电源和接地夹层，外部旁路电容器的选择和放置也有一定要求。同时，要注意LVCMOS信号和LVDS线路的分离，以及LVDS互连的终端匹配。

（二）电源建议

由于芯片采用全CMOS设计，本身具有低功耗的特点。LVDS输出的恒流源特性也有助于减少CMOS设计中速度与ICC曲线的斜率，降低功耗。

六、总结

DS90C241和DS90C124芯片以其出色的数据传输性能、丰富的功能特性和广泛的应用场景，成为了硬件设计中数据传输解决方案的理想选择。在实际设计过程中，我们需要充分考虑芯片的各种特性和要求，合理进行布局和电源设计，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能为各位电子工程师在使用这两款芯片时提供一些有益的参考。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。