詳解DS90UR907Q-Q1：FPD-Link到FPD-Link II轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高速數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)處理的需求日益增長(zhǎng)。對(duì)于汽車顯示等應(yīng)用場(chǎng)景，穩(wěn)定、高效且低電磁干擾（EMI）的數(shù)據(jù)傳輸解決方案至關(guān)重要。德州儀器（TI）的DS90UR907Q-Q1轉(zhuǎn)換器，作為一款專門設(shè)計(jì)用于將FPD-Link轉(zhuǎn)換為FPD-Link II的器件，為我們提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款器件的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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器件概述

DS90UR907Q-Q1能夠支持5 - 65 MHz的頻率范圍，對(duì)應(yīng)的串行鏈路速率為140 Mbps至1.82 Gbps。它可以將4個(gè)LVDS數(shù)據(jù)/控制流和1個(gè)LVDS時(shí)鐘對(duì)（FPD-Link）轉(zhuǎn)換為高速串行接口（FPD-Link II），通過(guò)單對(duì)傳輸。這種串行總線方案具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如消除了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)之間的偏斜問(wèn)題，減少了連接器引腳數(shù)量，降低了互連的尺寸、重量和成本，同時(shí)也簡(jiǎn)化了PCB布局。此外，內(nèi)部的直流平衡編碼支持交流耦合互連，進(jìn)一步提升了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

主要特性

數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換

• 多通道輸入：具備5通道（4數(shù)據(jù) + 1時(shí)鐘）的FPD-Link接收器輸入，可處理豐富的數(shù)據(jù)信息。
• 高效轉(zhuǎn)換：能夠?qū)PD-Link接口的27位數(shù)據(jù)（24位高速數(shù)據(jù)和3位低速視頻控制信號(hào)）通過(guò)單對(duì)FPD-Link II串行傳輸，并且串行流中包含嵌入式時(shí)鐘和直流平衡信息，增強(qiáng)了信號(hào)質(zhì)量。

  兼容性與靈活性

• 向后兼容：該器件不僅適用于DS90UR908Q或DS90UR906Q，還能與前代的FPD-Link II設(shè)備兼容，為不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。
• 模式可選：可在24位色彩模式（VS、HS、DE編碼在串行流中）或18位色彩模式下工作，滿足多樣化的應(yīng)用需求。
• 配置方式多樣：可以通過(guò)外部引腳或可選的串行控制總線進(jìn)行配置，方便工程師根據(jù)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行靈活調(diào)整。

  信號(hào)質(zhì)量與EMI控制

• VOD選擇：支持通過(guò)VODSEL引腳選擇差分輸出電壓，在高噪聲環(huán)境或長(zhǎng)電纜應(yīng)用中，可提高輸出電壓以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。
• 去加重功能：De-Emph引腳可控制去加重功能，補(bǔ)償電纜傳輸損耗，提升信號(hào)質(zhì)量。同時(shí)，TI建議在使用去加重時(shí)將VODSEL設(shè)置為高電平，以避免過(guò)度的信號(hào)衰減。
• 低EMI設(shè)計(jì)：采用低電壓差分信號(hào)和擴(kuò)頻時(shí)鐘兼容性，有效降低了與顯示數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的電磁干擾。

  節(jié)能特性

• 掉電模式：通過(guò)PDB輸入引腳可以使器件進(jìn)入掉電模式，在顯示不需要時(shí)節(jié)省功耗。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出呈現(xiàn)0V VOD狀態(tài)，同時(shí)可選的串行總線控制寄存器會(huì)被復(fù)位。
• 停止時(shí)鐘功能：當(dāng)RxCLKIN停止時(shí)，器件進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài)。當(dāng)輸入時(shí)鐘頻率低于3 MHz時(shí)，檢測(cè)到停止條件，時(shí)鐘保持靜態(tài)低或高狀態(tài)。再次啟動(dòng)RxCLKIN時(shí)，器件會(huì)鎖定有效輸入時(shí)鐘并繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，且可選的串行總線控制寄存器的值會(huì)被保留。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用場(chǎng)景

DS90UR907Q-Q1和DS90UR908Q芯片組主要用于主機(jī)（圖形處理器）和顯示器之間的接口，支持24位色彩深度（RGB888）和高達(dá)1024 × 768的顯示格式。在RGB888應(yīng)用中，可通過(guò)串行鏈路支持24位顏色數(shù)據(jù)、像素時(shí)鐘（PCLK）和三個(gè)控制位（VS、HS和DE），PCLK速率范圍為5 - 65 MHz。此外，該芯片組也可用于18位色彩應(yīng)用，還能從主機(jī)向顯示器發(fā)送三到六個(gè)通用信號(hào)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 上電要求：VDD（ $V{DDn}$ 和 $V{DDIO}$ ）電源斜坡應(yīng)在1.5 ms內(nèi)單調(diào)上升。如果上升時(shí)間較慢，則需要在PDB引腳添加電容，以確保PDB信號(hào)在所有VDD達(dá)到推薦工作電壓后到達(dá)。當(dāng)PDB引腳連接到VDDIO時(shí)，建議使用10 kΩ上拉電阻和22 μF電容接地來(lái)延遲PDB輸入信號(hào)。
• 傳輸介質(zhì)：該器件適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置，可通過(guò)PCB走線或雙絞線電纜進(jìn)行連接。內(nèi)部提供終端電阻，為信號(hào)傳輸提供了干凈的環(huán)境。LVDS互連應(yīng)呈現(xiàn)100 Ω的差分阻抗，建議使用匹配差分阻抗的電纜和連接器，以減少阻抗不連續(xù)性。根據(jù)噪聲環(huán)境和應(yīng)用需求，可選擇屏蔽或非屏蔽電纜。
• 典型應(yīng)用：在典型的65 MHz 24位彩色顯示應(yīng)用中，F(xiàn)PD-Link接口的LVDS輸入需要外部100 Ω終端電阻，F(xiàn)PD-Link II的LVDS輸出需要100 nF交流耦合電容。線路驅(qū)動(dòng)器包含內(nèi)部終端電阻，電源引腳附近應(yīng)放置旁路電容，至少使用四個(gè)0.1 μF電容和一個(gè)4.7 μF電容進(jìn)行本地旁路。系統(tǒng)GPO信號(hào)可控制PDB和BISTEN引腳，根據(jù)電纜長(zhǎng)度和應(yīng)用需求設(shè)置VODSEL和De-Emphasis值。

編程與測(cè)試

可選串行總線控制

DS90UR907Q-Q1可通過(guò)與I2C協(xié)議兼容的串行控制總線進(jìn)行配置。默認(rèn)情況下，I2C寄存器reg_0x00'h設(shè)置為00'h，所有配置由控制/跳線引腳完成。向reg_0x00'h寫(xiě)入01'h可啟用寄存器配置，此時(shí)會(huì)覆蓋控制/跳線引腳的設(shè)置。多個(gè)設(shè)備可以共享串行控制總線，因?yàn)橹С侄鄠€(gè)地址。

內(nèi)置自測(cè)試（BIST）

可選的全速內(nèi)置自測(cè)試（BIST）功能可用于測(cè)試高速串行鏈路，在原型階段、設(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試和系統(tǒng)診斷中非常有用。在BIST模式下，只需輸入時(shí)鐘和對(duì)DS90UR907Q及解串器的BISTEN輸入引腳進(jìn)行控制。DS90UR907Q輸出測(cè)試模式（PRBS7）并驅(qū)動(dòng)鏈路，解串器檢測(cè)PRBS7模式并監(jiān)控錯(cuò)誤。PASS輸出引腳會(huì)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行切換，高電平表示無(wú)錯(cuò)誤，低電平表示檢測(cè)到一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤。測(cè)試持續(xù)時(shí)間由施加到解串器BISTEN引腳的脈沖寬度控制。

電源與布局建議

電源供應(yīng)

VDD（ $V{DDn}$ 和 $V{DDIO}$ ）電源斜坡應(yīng)在1.5 ms內(nèi)單調(diào)上升。如果上升時(shí)間較慢，需要在PDB引腳添加電容，確保PDB信號(hào)在所有VDD達(dá)到推薦工作電壓后到達(dá)。當(dāng)PDB引腳連接到VDDIO時(shí)，建議使用10 kΩ上拉電阻和大于10 μF的電容接地來(lái)延遲PDB輸入信號(hào)。在所有電源電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值之前，不要驅(qū)動(dòng)任何輸入。

布局設(shè)計(jì)

• PCB布局與電源系統(tǒng)：為L(zhǎng)VDS設(shè)備設(shè)計(jì)電路板布局和堆疊，提供低噪聲電源。使用薄電介質(zhì)（2 - 4 mils）的電源/接地夾層，可提高電源系統(tǒng)性能，降低電感寄生效應(yīng)。建議使用表面貼裝電容，多個(gè)電容時(shí)，小值電容應(yīng)靠近引腳放置。在電源入口處使用大的大容量電容（50 - 100 μF），以平滑低頻開(kāi)關(guān)噪聲。
• LVDS互連：使用100 Ω耦合差分對(duì)，遵循S/2S/3S規(guī)則進(jìn)行間距設(shè)置。盡量減少過(guò)孔數(shù)量，在高于500 Mbps的線路速度下使用差分連接器，保持走線平衡，最小化對(duì)內(nèi)偏斜，并在TX輸出和RX輸入附近進(jìn)行終端匹配。

總結(jié)

DS90UR907Q-Q1轉(zhuǎn)換器憑借其豐富的特性、良好的兼容性和高效的性能，為汽車顯示等應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分考慮其上電要求、傳輸介質(zhì)、編程測(cè)試以及電源布局等方面的要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助各位工程師更好地理解和應(yīng)用這款器件，在實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)揮出其最大的優(yōu)勢(shì)。

各位工程師在使用DS90UR907Q-Q1的過(guò)程中，是否遇到過(guò)一些獨(dú)特的問(wèn)題或者有一些特別的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！