汽车摄像头应用利器：MAX96700 14位GMSL解串器深度解析

在汽车摄像头应用领域，数据传输的高效性、稳定性和安全性至关重要。MAX96700作为一款专为汽车摄像头应用设计的14位GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）解串器，凭借其诸多卓越特性，成为了众多工程师的首选。本文将对MAX96700进行全面深入的解析，涵盖其特性、工作模式、寄存器配置以及应用注意事项等方面，希望能为电子工程师们在相关设计中提供有价值的参考。

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一、产品概述

MAX96700是一款紧凑型解串器，特别适用于汽车摄像头应用。它具有自适应均衡和输出交叉点开关等特性，嵌入式控制通道可在UART、I2C和混合UART/I2C模式下以9.6kbps至1Mbps的速率运行，能独立于视频时序对串化器、解串器（SerDes）和摄像头寄存器进行编程。该解串器能够跟踪扩频串行输入数据，串行输入符合ISO 10605和IEC 61000 - 4 - 2 ESD标准。其核心电源范围为1.7V至1.9V，I/O电源范围为1.7V至3.6V，采用32引脚（5mm x 5mm）TQFN封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C。

二、特性优势

（一）安全摄像头应用理想之选

• 低成本电缆兼容性：可与低成本的50Ω同轴电缆（或100Ω STP电缆）配合使用，降低系统成本。
• 错误检测功能：具备视频/控制数据的错误检测能力，确保数据传输的准确性。
• 高抗扰模式：采用高抗扰模式，增强控制通道的EMC耐受性，保证通信的稳定性。
• 数据重传机制：当检测到错误时，可重新传输控制数据，提高数据传输的可靠性。
• 低功耗设计：最大供电电流仅为190mA，实现了低功耗运行。
• 自适应均衡：支持15m电缆的全速自适应均衡，有效补偿电缆损耗。
• 小封装设计：32引脚（5mm x 5mm）TQFN封装，节省电路板空间。
• 同步编码与跟踪：具备水平和垂直同步编码与跟踪功能，确保视频同步。

（二）高速解串能力

• 高数据速率：串行比特率最高可达1.74Gbps，满足高分辨率摄像头的数据传输需求。
• 多模式数据支持：支持6.25MHz至87MHz x 12位 + H/V数据，以及36.66MHz至116MHz x 12位 + H/V数据（通过内部编码）。

（三）系统灵活性

• 多模式控制通道：控制通道支持9.6kbps至1Mbps的UART、I2C（带时钟拉伸）或UART - to - I2C模式，满足不同应用场景的需求。
• 摄像头选择功能：具备2:1输入多路复用器，可实现摄像头的选择。
• 可配置地址：提供15个硬件可选的I2C设备地址，方便系统集成。
• 兼容性强：可与任何Maxim GMSL串化器配对使用。
• 交叉点开关：交叉点开关可将数据映射到任何输出，实现灵活的数据路由。

（四）低EMI和屏蔽要求

• 扩频跟踪：支持扩频串行输入跟踪，并将其转换为并行输出，降低EMI干扰。
• 宽电源范围：核心电源为1.7V至1.9V，I/O电源为1.7V至3.6V，减少了对屏蔽的需求。

（五）系统验证特性

• PRBS接收器：内置PRBS接收器，可进行误码率测试，确保数据传输的可靠性。
• 眼宽监测：眼宽监测器可对高速串行链路进行系统内测试，实时监测链路质量。
• 专用GPI：提供专用的“Up/Down” GPI，可用于摄像头帧同步触发等用途。

（六）汽车级标准

• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C，满足汽车应用的严苛环境要求。
• ESD保护：具备 ± 8kV接触和 ± 15kV空气的IEC 61000 - 4 - 2和ISO 10605 ESD保护，增强了设备的抗静电能力。

三、工作模式与数据格式

（一）串行链路信号与数据格式

串化器对输入的并行数据进行加扰处理，并与前向控制数据相结合，然后进行编码并以几倍于输入字速率的单比特流输出（取决于总线宽度）。解串器接收串行数据并恢复时钟信号，再将数据解串、解码和解扰为并行输出数据和前向控制数据。

（二）工作模式

• 视频/配置链路：在正常操作中，串化器运行在视频链路模式（SEREN = 1），视频数据和控制数据通过串行链路传输。当SEREN = 0时，串化器关闭串行化功能。配置链路可在PCLK不可用时用于设置串化器、解串器和外设。通过设置SEREN = 0和CLINK = 1可启用配置链路，当PCLK建立后，可开启视频链路（SEREN = 1）。默认情况下，视频链路模式需要有效的PCLK才能运行。通过设置AUTO_CLINK位 = 1（如果支持）和SEREN = 1，串化器可在PCLK不存在时自动在视频链路和配置链路之间切换。
• 单双模式操作：单模式和双模式操作可将1.74Gbps的带宽配置为多种宽度和字速率。单模式操作与所有GMSL设备兼容，每个串行字对应一个并行字；双模式操作每个串行字对应两个半宽度并行字，并行字速率范围比单模式增加2倍。通过设置DBL = 0实现单模式操作，设置DBL = 1实现双模式操作。
• HS/VS编码：默认情况下，GMSL为HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）分配视频比特位。通过HS/VS编码，设备可对特殊数据包进行编码以实现同步信号，从而释放额外的视频比特位。当设备处于高带宽模式（HIBW = 1）时，HS/VS编码默认开启。DE仅在HIBW = 1且DE EN = 1时进行编码。当HIBW = 0时，设置HVEN = 1可开启HS/VS编码（如果启用DE，会占用一个视频比特位）。HS/VS编码要求HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）在有效视频期间保持高电平，在消隐期间保持低电平。当使用反极性同步信号时，可使用HS/VS反转功能。
• 错误检测：串行链路采用8b/10b编码/解码和1位奇偶校验来检测串行链路上的错误。还可选择6位CRC校验（以牺牲6个视频比特位为代价，当HIBW = 0时），激活6位CRC模式时，需先在远程端设备设置PXL_CRC = 1，然后在本地端设备设置。使用6位CRC模式时，单输入模式（DBL = 0）下可用的内部总线宽度减少6位，双输入模式（DBL = 1）下减少3位。此外，通过设置LINE_CRC_EN = 1可启用32位视频行CRC校验，串化器计算视频行的32位CRC并在消隐期间发送该信息，解串器将接收到的CRC与视频行数据进行比较，当检测到CRC错误时，解串器的LINE_CRC_ERR位会锁存，读取该位后错误清除。

（三）总线宽度

串行链路具有多种总线宽度设置，可确定并行总线宽度和相应的并行字速率。串行链路的最大串行比特率为1.74Gbps，BWS位决定每个串行数据包的长度为30或40位，对应最大串行数据包速率，从而确定最大并行字速率为58MHz（BWS = 0）或43.5MHz（BWS = 1）。解码将30或40位的串行数据包转换为24、27或32位的并行比特。其中一位用于奇偶校验，另一位用于控制通道，可选的6位CRC校验会额外占用6位。此外，双模式会将剩余的字大小减半（如果使用），剩余的比特位可用于视频比特（如果不使用HV编码，则减去任何同步比特）。

• 24位模式：当BWS = 0且HIBW = 0时，30位串行数据包对应三个8b/10b符号，代表24位（24位模式）。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用CRC，单模式下剩余16位视频数据，双模式下剩余8位；如果不使用CRC，单模式下剩余22位视频数据，双模式下剩余11位。
• 27位高带宽模式：当BWS = 0且HIBW = 1（高带宽模式）时，30位串行数据包代表三个9b/10b符号，代表27位。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用CRC，单模式下剩余19位视频数据，双模式下剩余9位；如果不使用CRC，单模式下剩余25位视频数据，双模式下剩余12位。
• 32位模式：当BWS = 1时，40位串行数据包对应四个8b/10b符号，代表32位（32位模式）。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用CRC，单模式下剩余24位视频数据，双模式下剩余12位；如果不使用CRC，单模式下剩余30位视频数据，双模式下剩余15位。

四、控制通道与寄存器编程

（一）控制通道

• 前向控制通道：从串化器发送到解串器的控制数据通过前向控制通道传输，数据被编码为前向高速链路中的一个串行比特。解串后，前向控制通道数据从串行链路中提取出来。前向控制通道的带宽超过最大外部控制数据速率，所有在前向控制通道上发送的数据在传输延迟几个比特时间后会出现在远程端。
• 反向控制通道：从解串器发送到串化器的控制数据通过反向控制通道传输，数据被编码为一系列1μs脉冲，最大原始数据速率为1Mbps。高抗扰模式可提高反向控制通道的鲁棒性，但原始比特率会降低至500kbps。在高抗扰模式下，当串行比特率大于1Gbps时，需在解串器中设置HPFTUNE = 00。设置REV_FAST位 = 1可将速率恢复到1Mbps。在I2C模式下，当输入数据速率（编码后）超过反向数据速率时，输入时钟会通过时钟拉伸被保持，以减慢外部时钟以匹配内部比特率。

（二）UART接口

UART接口与所有GMSL设备兼容，通过多个UART数据包在设备之间发送命令。设置I2CSEL = 0可使设备使用UART协议。

（三）I2C接口

串行链路通过控制通道将串化器和解串器的I2C接口连接在一起。当I2C主设备向链路的一侧（本地侧）发送命令时，控制通道会将该信息转发到链路的另一侧（远程侧），从而允许单个微控制器配置串化器、解串器和外设。微控制器可位于串化器侧（显示应用）或解串器侧（摄像头应用），只要使用软件仲裁方法，就支持双微控制器操作。串行链路假设在任何给定时间只有一个微控制器进行通信。

（四）远程端操作

当I2C主设备在本地从设备（直接连接到主设备的串化器/解串器）上发起通信时，远程端设备作为主设备，发送从本地端设备转发的数据，并转发从连接到远程端设备的外设接收到的数据。该远程端主设备根据I2C主设置寄存器中的时序设置进行操作，需将主设置与外部μC使用的时序设置相匹配。

（五）时钟拉伸时序

I2C接口使用时钟拉伸来为数据在串行链路上的转发提供时间。主微控制器以及任何连接的外设必须接受GMSL设备的时钟拉伸。

（六）基于数据包的I2C

基于数据包的控制通道可增强控制通道的错误处理能力。该控制通道方法可处理同时的GPI/GPO和I2C传输，以及错误检测和重传。数据包基于同步、基于符号的系统在控制通道上发送数据，要发送的数据被分割成符号并存储在发送队列中，然后通过链路发送。如果需要同时发送GPI和I2C数据（例如，在I2C传输期间GPI发生转换），两个命令的符号会在队列中合并。如果发送队列为空，会发送空闲数据包以保持控制通道锁定。接收到的I2C数据包根据微控制器的SCL速率（本地设备）或编程的主比特率（远程设备）输出。设备会将SCL保持低电平（时钟拉伸），直到从远程端设备接收到数据。

（七）控制通道错误检测与数据包重传

使用基于数据包的控制通道时，所有数据包都会通过CRC进行错误检查。使用1、5或8位CRC可检测数据包中的1、3或4个随机比特错误。当检测到错误时，发送器会重传数据包。如果重试次数超过8次，发送器会设置一个标志。接收器会过滤掉有错误的数据包。

（八）GPO/GPI控制

串化器上的GPO跟随解串器上的GPI转换。该GPO/GPI功能可用于在环视摄像头系统中传输帧同步信号等。

五、其他特性

（一）自适应线路均衡器

解串器包含自适应线路均衡器，可补偿电缆在高频下的更高衰减。电缆均衡器有12级补偿，可处理长达30m的同轴电缆和15m的STP电缆。初始锁定时，自适应均衡器会选择最佳补偿级别。设备可被编程为定期、手动或由眼宽监测器触发重新自适应，以补偿传输环境的任何显著变化。

（二）眼宽监测器

眼宽监测器用于测量水平眼图的开口。默认情况下，在链路建立后进行测量，并在链路运行时每隔1秒进行一次测量。眼宽低于编程阈值时，会使ERRB输出引脚置低。极低的眼宽会重新启动均衡器自适应。

（三）扩频跟踪

解串器能够跟踪扩频输入时钟，无需多个扩频时钟。

（四）电缆类型配置和输入多路复用器

驱动输入可针对两种类型的电缆进行编程：100Ω双绞线和50Ω同轴电缆（如需与75Ω电缆兼容的设备，请联系厂家）。在同轴模式下，将IN0 +连接到串化器的OUT +，将IN1 +连接到第二个串化器的OUT +。控制通道数据通过GMSL_IN_SEL位选择的串化器发送。将所有未使用的IN_引脚保持未连接状态，或通过50Ω电阻和电容连接到地，以提高电源抑制能力。如果不使用OUT -，则通过50Ω电阻将OUT -连接到VDD。当串化器和解串器都有μC时，同一时间只能有一个μC进行通信。在I2C - to - I2C模式下，需根据通信的解串器连接情况禁用前向和反向通道链路，以防止冲突。

（五）交叉点开关

交叉点开关用于在并行输入/输出和SerDes之间路由数据，实现任意到任意的路由，确保视频源和目标之间的映射。

（六）关机/睡眠模式

• 配置链路：当不需要高速视频链路或该链路不可用时，可使用配置链路。在配置链路模式下，并行数字输入/输出被禁用，LOCK引脚保持低电平，串行链路内部生成自己的时钟，以允许控制通道（UART/I2C和GPIO）的全面操作。
• 串行化禁用：当不需要串行链路时（如下游设备断电），用户可禁用串行化。在此模式下，所有前向通信都将关闭。用户可在本地或通过反向通道重新启用串行化。
• 睡眠模式：为进一步降低功耗，设备可进入睡眠模式。在此模式下，所有寄存器保持其编程值，除了本地I2C/UART接口上的唤醒检测器和串行链路外，设备的所有功能都将断电。唤醒检测器检测到任何活动时，会暂时开启控制通道接口。在此期间，微控制器可命令设备退出睡眠模式。
• 掉电模式：掉电模式是功耗最低的模式，在此模式下，所有功能都将断电，所有寄存器值将丢失。

（七）链路启动过程

图像传感应用的启动过程如下表所示。视频链路或配置链路建立后，控制通道即可使用。如果解串器在串化器之后上电，控制通道在解串器上电2ms后才可使用。

NO.	ΜC	SERIALIZER	DESERIALIZER
—	μC connected to deserializer.	Set all configuration inputs.	Set all configuration inputs.
1	Powers up. Wait tPU.	Powers up and loads default settings. Establishes video link when valid PCLK available.	Powers up and loads default settings. Locks