汽車視覺系統(tǒng)的理想之選：DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組深度剖析

引言

在汽車電子的發(fā)展浪潮中，汽車視覺系統(tǒng)的重要性日益凸顯。無論是倒車影像、車道偏離預(yù)警，還是停車輔助等功能，都離不開高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸與處理。德州儀器（TI）推出的DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組，憑借其卓越的性能，成為汽車視覺系統(tǒng)應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款芯片組。

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產(chǎn)品特性亮點

1. 數(shù)據(jù)傳輸能力強勁

芯片組支持10 MHz至43 MHz的輸入PCLK，能實現(xiàn)160 Mbps至688 Mbps的數(shù)據(jù)吞吐量。這種高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，為汽車視覺系統(tǒng)中的高清圖像和視頻數(shù)據(jù)傳輸提供了有力保障，讓圖像和視頻的傳輸更加流暢，有助于提高視覺系統(tǒng)的實時性和準(zhǔn)確性。

2. 接口設(shè)計簡潔高效

采用單差分對互連，大大簡化了系統(tǒng)的布線，減少了PCB的復(fù)雜度，同時降低了成本。而且還具備雙向控制接口通道，并支持I2C通信，方便實現(xiàn)設(shè)備之間的控制和數(shù)據(jù)交互。

3. 信號處理優(yōu)勢明顯

內(nèi)置時鐘和直流平衡編碼，支持交流耦合互連，有效增強了信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)不同的傳輸環(huán)境。并且能夠驅(qū)動長達10米的屏蔽雙絞線，滿足汽車內(nèi)部不同位置設(shè)備之間的長距離數(shù)據(jù)傳輸需求。

4. 功能豐富且實用

• 數(shù)據(jù)完整性檢查：具備16位數(shù)據(jù)有效負(fù)載，并帶有循環(huán)冗余校驗（CRC）功能，可實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕皶r發(fā)現(xiàn)并處理傳輸過程中的錯誤，提高系統(tǒng)的可靠性。
• GPIO 靈活性高：擁有多達6個可編程的GPIO引腳，用戶可以根據(jù)實際需求對這些引腳進行靈活配置，實現(xiàn)各種不同的控制和響應(yīng)功能。
• 鏈路完整性驗證：設(shè)有LOCK輸出報告引腳和AT - SPEED BIST診斷功能，能夠?qū)崟r驗證鏈路的完整性，讓用戶及時了解數(shù)據(jù)傳輸鏈路的工作狀態(tài)。

  5. 電氣特性適配廣泛

• 電源兼容性好：支持1.8V或3.3V的并行總線接口，并且采用單一的1.8V電源供電，降低了電源設(shè)計的復(fù)雜度，同時也能與不同的汽車電子系統(tǒng)進行良好的適配。
• ESD防護能力強：符合ISO 10605 ESD和IEC 61000 - 4 - 2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效抵御靜電干擾，保護芯片免受靜電損壞，提高了芯片在復(fù)雜汽車電子環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性。

  6. 工作環(huán)境適應(yīng)性強

  作為汽車級產(chǎn)品，經(jīng)過AEC - Q100 Grade 2認(rèn)證，能夠在 - 40°C至 + 105°C的寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適應(yīng)各種惡劣的汽車使用環(huán)境。

引腳功能與應(yīng)用

引腳詳細(xì)解析

DS90UB901Q為32引腳的WQFN封裝，DS90UB902Q為40引腳的WQFN封裝。它們的引腳涵蓋了LVCMOS并行接口、通用輸入輸出（GPIO）、雙向控制總線（I2C兼容）、FPD - Link III接口以及電源和接地等多個功能模塊。每個引腳都有其特定的功能和作用，例如：

• LVCMOS并行接口引腳：用于輸入或輸出并行數(shù)據(jù)，如DS90UB901Q的DIN[13:0]引腳為并行數(shù)據(jù)輸入引腳，DS90UB902Q的ROUT[13:0]引腳為并行數(shù)據(jù)輸出引腳。
• 雙向控制總線引腳：SCL和SDA引腳用于I2C通信，實現(xiàn)設(shè)備之間的控制和數(shù)據(jù)傳輸。
• 電源和接地引腳：為芯片提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)和良好的接地，確保芯片正常工作。

  典型應(yīng)用連接

  在實際應(yīng)用中，DS90UB901Q和DS90UB902Q通常配合使用。DS90UB901Q將16位寬的并行LVCMOS數(shù)據(jù)總線和雙向控制總線轉(zhuǎn)換為單高速差分對進行傳輸，而DS90UB902Q則將接收到的單串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換回16位寬的并行數(shù)據(jù)總線和雙向控制通道數(shù)據(jù)總線。這種配置非常適合汽車視覺系統(tǒng)中攝像頭與主機控制器/電子控制單元（ECU）之間的直接連接。

工作模式與特點

相機模式

在相機模式下，I2C事務(wù)由解串器（DS90UB902Q）側(cè)的主控制器發(fā)起。解串器會檢測事務(wù)是針對串行器（DS90UB901Q）還是串行器側(cè)的從設(shè)備，然后通過雙向控制通道發(fā)送命令來啟動事務(wù)。串行器接收到命令后，會在其本地I2C總線上生成I2C事務(wù)，并將響應(yīng)通過前向通道鏈路返回給解串器。解串器解析響應(yīng)后，將適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)傳遞給解串器的I2C總線。

顯示模式

顯示模式下，I2C事務(wù)由連接到串行器的控制器發(fā)起。串行器中的I2C從核心會檢測事務(wù)是針對串行器內(nèi)的（本地）寄存器，還是解串器內(nèi)的（遠(yuǎn)程）寄存器或連接到解串器I2C主接口的遠(yuǎn)程從設(shè)備。命令通過前向通道鏈路發(fā)送以啟動事務(wù)，解串器接收命令后在其本地I2C總線上生成I2C事務(wù)，并將響應(yīng)作為命令通過雙向控制通道返回給串行器。串行器解析響應(yīng)后，將適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)傳遞給串行器的I2C總線。

數(shù)據(jù)完整性保障機制

CRC檢測

芯片組在傳輸過程中為每個符號保留4位CRC校驗，用于檢查鏈路的完整性。解串器側(cè)設(shè)有PASS狀態(tài)報告引腳，當(dāng)檢測到遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存在不匹配時，該引腳會發(fā)出信號。不過，要確保PASS狀態(tài)有效，解串器的PLL必須先鎖定（LOCK引腳為高電平）。一旦檢測到錯誤，PASS引腳會置為低電平，同時還提供CRC寄存器（CRC ERROR B0/B1）用于管理數(shù)據(jù)錯誤計數(shù)。

其他保障機制

芯片組還提供了多種確保數(shù)據(jù)在長距離傳輸和接收過程中完整性的機制，包括對雙向通道控制、VSYNC和HSYNC信號以及并行視頻/像素數(shù)據(jù)的校驗，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性提供了全方位的保障。

應(yīng)用設(shè)計要點

電氣特性與參數(shù)

在設(shè)計過程中，需要關(guān)注芯片的電氣特性和各種參數(shù)，如絕對最大額定值、推薦工作條件、電氣特性等。這些參數(shù)規(guī)定了芯片正常工作的范圍和條件，例如電源電壓、輸入輸出電壓、工作溫度、PCLK時鐘頻率等。只有在這些規(guī)定的范圍內(nèi)使用芯片，才能確保其性能和可靠性。

信號質(zhì)量與EMI處理

為了提高信號質(zhì)量和降低電磁干擾（EMI），可以采取以下措施：

• 接收器輸入均衡（EQ）：解串器的接收器輸入配備了輸入均衡濾波器，可通過寄存器設(shè)置調(diào)整均衡水平，以補償傳輸介質(zhì)帶來的信號損失。
• 接收器交錯輸出：解串器的接收器交錯輸出功能，使輸出在定義的窗口內(nèi)以隨機分布的方式進行切換，減少了輸出同時切換的數(shù)量，有助于降低電源噪聲，分散噪聲頻譜，從而降低整體EMI。
• 展頻時鐘（SSCG）：DS90UB902Q的并行數(shù)據(jù)和時鐘輸出具有可編程的SSCG范圍，可通過SSC控制寄存器控制輸出展頻的調(diào)制速率和調(diào)制頻率變化，進一步減少EMI。

  PCB布局與電源系統(tǒng)

  合理的PCB布局和電源系統(tǒng)設(shè)計對于芯片的性能至關(guān)重要。在設(shè)計PCB時，應(yīng)注意以下幾點：

• 為芯片提供低噪聲的電源供應(yīng)，采用薄介電層（2至4密耳）的電源/接地夾層，以提供平面電容，降低電感寄生效應(yīng)。
• 選擇合適的外部旁路電容器，包括RF陶瓷和鉭電解電容器，合理安排電容器的位置和參數(shù)。
• 將LVCMOS信號與差分線分開布局，采用緊密耦合的100歐姆差分線，減少耦合噪聲和輻射。

  傳輸介質(zhì)選擇

  芯片組可用于多種平衡電纜，根據(jù)距離和信號質(zhì)量要求進行選擇。為了確保最佳性能，建議使用特性阻抗為100歐姆的屏蔽雙絞線（STP）電纜，并選擇低偏斜、阻抗匹配的電纜，同時對未使用的導(dǎo)體進行接地或端接處理。

總結(jié)

DS90UB901Q/DS90UB902Q芯片組憑借其高速的數(shù)據(jù)傳輸能力、豐富的功能特性、出色的數(shù)據(jù)完整性保障機制以及良好的工作環(huán)境適應(yīng)性，成為汽車視覺系統(tǒng)應(yīng)用的不二之選。在實際設(shè)計過程中，工程師們需要充分了解芯片的各項特性和參數(shù)，合理進行引腳配置、模式選擇和應(yīng)用設(shè)計，同時注意信號質(zhì)量、EMI處理、PCB布局和傳輸介質(zhì)選擇等方面的問題，以確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運行。相信隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，這款芯片組將在汽車視覺系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。你在使用類似芯片組的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。