汽車視覺(jué)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(jué)系統(tǒng)的重要性日益凸顯。無(wú)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(jué)系統(tǒng)應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片組。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)勁

芯片組支持10 MHz至43 MHz的輸入PCLK，能實(shí)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(jué)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(jué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2. 接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔高效

采用單差分對(duì)互連，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的布線，減少了PCB的復(fù)雜度，同時(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的控制和數(shù)據(jù)交互。

3. 信號(hào)處理優(yōu)勢(shì)明顯

內(nèi)置時(shí)鐘和直流平衡編碼，支持交流耦合互連，有效增強(qiáng)了信號(hào)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(dòng)長(zhǎng)達(dá)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(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸需求。

4. 功能豐富且實(shí)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(yàn)（CRC）功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的可靠性。
• GPIO 靈活性高：擁有多達(dá)6個(gè)可編程的GPIO引腳，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)這些引腳進(jìn)行靈活配置，實(shí)現(xiàn)各種不同的控制和響應(yīng)功能。
• 鏈路完整性驗(yàn)證：設(shè)有LOCK輸出報(bào)告引腳和AT - SPEED BIST診斷功能，能夠?qū)崟r(shí)驗(yàn)證鏈路的完整性，讓用戶及時(shí)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(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)也能與不同的汽車電子系統(tǒng)進(jìn)行良好的適配。
• ESD防護(hù)能力強(qiáng)：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(hù)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(qiáng)

  作為汽車級(jí)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)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(gè)功能模塊。每個(gè)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(shí)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(shí)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(duì)進(jìn)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(jué)系統(tǒng)中攝像頭與主機(jī)控制器/電子控制單元（ECU）之間的直接連接。

工作模式與特點(diǎn)

相機(jī)模式

在相機(jī)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(huì)檢測(cè)事務(wù)是針對(duì)串行器（DS90UB901Q）還是串行器側(cè)的從設(shè)備，然后通過(guò)雙向控制通道發(fā)送命令來(lái)啟動(dòng)事務(wù)。串行器接收到命令后，會(huì)在其本地I2C總線上生成I2C事務(wù)，并將響應(yīng)通過(guò)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(huì)檢測(cè)事務(wù)是針對(duì)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(guò)前向通道鏈路發(fā)送以啟動(dòng)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(guò)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(jī)制

CRC檢測(cè)

芯片組在傳輸過(guò)程中為每個(gè)符號(hào)保留4位CRC校驗(yàn)，用于檢查鏈路的完整性。解串器側(cè)設(shè)有PASS狀態(tài)報(bào)告引腳，當(dāng)檢測(cè)到遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存在不匹配時(shí)，該引腳會(huì)發(fā)出信號(hào)。不過(guò)，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(cè)到錯(cuò)誤，PASS引腳會(huì)置為低電平，同時(shí)還提供CRC寄存器（CRC ERROR B0/B1）用于管理數(shù)據(jù)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。

其他保障機(jī)制

芯片組還提供了多種確保數(shù)據(jù)在長(zhǎng)距離傳輸和接收過(guò)程中完整性的機(jī)制，包括對(duì)雙向通道控制、VSYNC和HSYNC信號(hào)以及并行視頻/像素?cái)?shù)據(jù)的校驗(yàn)，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(jì)要點(diǎn)

電氣特性與參數(shù)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要關(guān)注芯片的電氣特性和各種參數(shù)，如絕對(duì)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(shí)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(hào)質(zhì)量與EMI處理

為了提高信號(hào)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(guò)寄存器設(shè)置調(diào)整均衡水平，以補(bǔ)償傳輸介質(zhì)帶來(lái)的信號(hào)損失。
• 接收器交錯(cuò)輸出：解串器的接收器交錯(cuò)輸出功能，使輸出在定義的窗口內(nèi)以隨機(jī)分布的方式進(jìn)行切換，減少了輸出同時(shí)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(shí)鐘（SSCG）：DS90UB902Q的并行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘輸出具有可編程的SSCG范圍，可通過(guò)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(jìn)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(jì)對(duì)于芯片的性能至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

• 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(hào)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(hào)質(zhì)量要求進(jìn)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(shí)對(duì)未使用的導(dǎo)體進(jìn)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(jī)制以及良好的工作環(huán)境適應(yīng)性，成為汽車視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用的不二之選。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們需要充分了解芯片的各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理進(jìn)行引腳配置、模式選擇和應(yīng)用設(shè)計(jì)，同時(shí)注意信號(hào)質(zhì)量、EMI處理、PCB布局和傳輸介質(zhì)選擇等方面的問(wèn)題，以確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)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(jué)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(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。