DS92LX2121/DS92LX2122：高性能双向控制串行器和解串器的技术剖析

在电子设计领域，数据传输的高效性和稳定性一直是工程师们关注的焦点。DS92LX2121/DS92LX2122作为一款高性能的双向控制串行器和解串器，为数据传输提供了出色的解决方案。今天，我们就来深入剖析这款芯片的特点、应用及设计要点。

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一、芯片概述

DS92LX2121/DS92LX2122芯片组提供了Channel Link III接口，具备高速前向通道和全双工控制通道，可通过单对差分线进行数据传输。该芯片组在高速和双向反向通道控制数据路径上均采用了差分信号，适用于图形主机控制器和显示模块之间的直接连接，尤其适合驱动需要18位色深（RGB666 + HS、VS和DE）的显示设备，同时支持双向反向通道控制总线。

二、主要特性

2.1 高速数据传输

• 高数据吞吐量：最高可达1050 Mbits/sec，满足高速数据传输需求。
• 宽时钟范围：支持10 MHz至50 MHz的输入时钟，灵活性高。

2.2 信号处理与传输

• DC平衡编码：采用嵌入式时钟和DC平衡编码，支持AC耦合互连，增强信号质量。
• 长距离驱动：能够驱动长达10米的屏蔽双绞线，适用于多种应用场景。

2.3 双向控制与配置

• 双向控制接口：具备双向控制接口通道，支持I2C通信，方便设备配置和控制。
• 多GPIO支持：解串器（DES）最多有4个通用输入（GPI），串行器（SER）最多有4个通用输出（GPO），可用于控制和响应各种命令。

2.4 诊断与保护

• AT-SPEED BIST诊断：支持AT-SPEED BIST诊断功能，可验证链路完整性。
• ESD保护：符合IEC 61000–4–2 ESD标准，提供一定的静电保护。

2.5 低功耗设计

• 独立电源控制：串行器和解串器均具备独立的电源控制功能，可在不需要高速前向通道和嵌入式双向控制通道时进入睡眠模式，节省功耗。

三、引脚功能

3.1 串行器（DS92LX2121）

引脚类型	引脚名称	引脚编号	I/O类型	描述
LVCMOS并行接口	DIN[20:0]	39, 38, 37, 36, 35, 33, 32, 30, 29, 28, 27, 26, 5, 4, 3, 2, 1, 40, 25, 24, 23	输入，LVCMOS带下拉	并行数据输入
	PCLK	6	输入，LVCMOS带下拉	像素时钟输入引脚
通用输出（GPO）	GPO[3:0]	22, 21, 20, 19	输出，LVCMOS	通用引脚，可单独配置为输出
串行控制总线 - I2C兼容	SCL	7	输入/输出，开漏	串行控制总线时钟线
	SDA	8	输入/输出，开漏	串行控制总线数据线
	M/S	12	输入，LVCMOS带下拉	I2C模式选择
	CAD	9	输入，模拟	连续地址解码器输入引脚
控制与配置	PDB	13	输入，LVCMOS带下拉	电源模式输入引脚
	RES	10, 11	输入，LVCMOS带下拉	保留引脚
Channel Link III接口	DOUT+	17	输入/输出，CML	非反相差分输出，反向通道输入
	DOUT-	16	输入/输出，CML	反相差分输出，反向通道输入
电源与地	VDDPLL	14	电源，模拟	PLL电源，1.8V ±5%
	VDDT	15	电源，模拟	Tx模拟电源，1.8V ±5%
	VDDCML	18	电源，模拟	LVDS & BC驱动电源，1.8V ±5%
	VDDD	34	电源，数字	数字电源，1.8V ±5%
	VDDIO	31	电源，数字	输入级电源
	VSS	DAP	地，DAP	必须接地

3.2 解串器（DS92LX2122）

引脚类型	引脚名称	引脚编号	I/O类型	描述
LVCMOS并行接口	ROUT[20:0]	15, 16, 18, 19, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28	输出，LVCMOS	并行数据输出
	PCLK	4	输出，LVCMOS	像素时钟输出引脚
通用输入（GPI）	GPI[3:0]	30, 31, 32, 33	输入，数字	通用引脚，可单独配置为输入
串行控制总线 - I2C兼容	SCL	2	输入/输出，开漏	串行控制总线时钟线
	SDA	1	输入/输出，开漏	串行控制总线数据线
	M/S	47	输入，LVCMOS带上拉	I2C模式选择
	CAD	48	输入，模拟	连续地址解码器输入引脚
控制与配置	PDB	35	输入，LVCMOS带下拉	电源模式输入引脚
	LOCK	34	输出，LVCMOS	锁定状态输出引脚
	RES	38, 39, 43, 46	-	保留引脚
BIST模式	BISTEN	44	输入，LVCMOS带下拉	BIST使能引脚
	PASS	37	输出，LVCMOS	BIST模式输出引脚
Channel Link III接口	RIN+	41	输入/输出，CML	非反相差分输入，反向通道输出
	RIN-	42	输入/输出，CML	反相差分输入，反向通道输出
电源与地	VDDSSCG	3	数字电源	SSCG电源，1.8V ±5%
	VDDOR1/2/3	29, 20, 7	数字电源	TTL输出缓冲电源
	VDDD	17	数字电源	数字核心电源，1.8V ±5%
	VDDR	36	模拟电源	Rx模拟电源，1.8V ±5%
	VDDCML	40	模拟电源	双向通道驱动电源，1.8V ±5%
	VDDPLL	45	模拟电源	PLL电源，1.8V ±5%
	VSS	DAP	地，DAP	必须接地

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

参数	数值
电源电压（VDD1V8）	- 0.3V to +2.5V
电源电压（VDD3V3）	- 0.3V to +4.0V
LVCMOS输入电压（VDD1V8）	- 0.3V to +(VDD1V8 + 0.3V)
LVCMOS输入电压（VDD3V3）	- 0.3V to +(VDD3V3 + 0.3V)
LVCMOS输出电压（VDD）	- 0.3V to +(VDD + 0.3V)
CML接收器输入电压（VDD1V8）	- 0.3V to (VDD1V8 + 0.3V)
CML驱动器输出电压（VDD1V8）	- 0.3V to (VDD1V8 + 0.3V)
结温	+150°C
存储温度	- 65°C to +150°C

4.2 推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
VDD (1.8V)	1.71	1.8	1.89	V
VDDIO (1.8V模式)	1.71	1.8	1.89	V
VDDIO (3.3V模式)	3	3.3	3.6	V
电源噪声（VDDn (1.8 V)）	-	-	25	mV P-P
电源噪声（VDDIO (1.8 V)）	-	-	25	mV P-P
电源噪声（VDDIO (3.3 V)）	-	-	50	mV P-P
工作环境温度（TA）	-40	25	85	°C
输入时钟速率	10	-	50	MHz

4.3 串行器和解串器的电气特性

文档中详细列出了串行器和解串器在不同条件下的电气特性，包括LVCMOS直流规格、CML驱动器和接收器的直流规格、电源电流等。这些特性为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

五、工作模式与应用

5.1 相机模式

在相机模式下，I2C事务由解串器发起。解串器的I2C从机核心会检测事务是针对串行器还是串行器处的从机，然后通过双向控制通道发送命令启动事务。串行器接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，同时捕获I2C总线上的响应并作为命令返回给前向通道链路。解串器解析响应并将适当的响应传递给解串器的I2C总线。

5.2 显示模式

在显示模式下，I2C事务由连接到串行器的控制器发起。串行器的I2C从机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主接口的远程从机。命令通过前向通道链路发送以启动事务。解串器接收命令并在其本地I2C总线上生成I2C事务，同时捕获I2C总线上的响应并作为命令返回给双向控制通道。串行器解析响应并将适当的响应传递给串行器的I2C总线。

5.3 应用场景

该芯片组适用于工业显示器、触摸屏、医疗成像等领域，能够满足这些应用对高速数据传输和双向控制的需求。

六、设计要点

6.1 电源设计

• 电源电压的上升时间应快于1.5 ms，若较慢则需在PDB引脚添加电容，确保PDB在所有VDD达到推荐工作电压后到达。
• 推荐使用多层板，采用薄介质（2至4 mils）的电源/接地夹层，以提供低电感寄生的平面电容，减少外部旁路电容的影响。

6.2 PCB布局

• 分离高频或高电平输入输出，减少杂散噪声拾取、反馈和干扰。
• 使用100Ω耦合差分对，遵循S/2S/3S规则进行走线间距设计。
• 尽量减少过孔数量，保持走线平衡，减少对内 skew。

6.3 信号处理

• 采用AC耦合方式，在Channel Link III信号路径中串联0.1 μF的AC耦合电容。
• 解串器的接收器输入提供输入均衡滤波器，可通过寄存器设置控制均衡水平，补偿介质损耗。

七、总结

DS92LX2121/DS92LX2122芯片组以其高速数据传输、双向控制、低功耗等特性，为电子工程师在数据传输和控制方面提供了优秀的解决方案。在设计过程中，工程师需要充分考虑芯片的电气特性、工作模式和设计要点，以确保系统的稳定性和性能。你在使用这款芯片时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。