基于串行器解串器的遠距離高速信號傳輸系統設計

李卓

摘 要：近些年來，由于汽車電子設備在設計時需要進行遠距離的高速數字信號傳輸，而傳統的信號傳輸方式不能滿足需要。本文介紹了一種可以實現較遠距離高速數字信號傳輸系統，并且能夠實現主機對遠處設備的控制。它使用了TI公司串行器芯片DS90UB949，解串器芯片DS90UB948，LED驅動芯片LP8860三款芯片。本文給出了系統框圖，并介紹了其性能和部分設置。該結構穩定可靠，簡單方便。?

關鍵詞：串行器;解串器;DS90UB949;DS90UB948;LP8860

一，系統設計

系統的整體框圖如圖一所示，主處理器（視頻信號發送端）通過其視頻輸出端輸出HDMI格式的數字視頻信號給串行芯片DS90UB949，串行芯片將HDMI視頻信號和控制信號轉換到FPD-Link III串行信號流中。再通過一對100Ω 差分屏蔽雙絞線 （STP） 電纜進行遠距離信號傳輸。在另一端解串芯片DS90UB948接收到串行芯片發出的雙通道FPD-Link III高速串行信號流后，將其轉換成 FPD-Link （OpenLDI） 接口格式，輸出給顯示屏，實現高清視頻的遠距離顯示。并且分解出FPD-Link III中的控制信號，通過I2C接口控制LED驅動芯片LP8860的輸出電流，實現對屏幕亮度的控制。

二，芯片介紹

2.1.串行芯片DS90UB949

DS90UB949是一款TI生產的串行芯片，它能夠將HDMI格式的視屏信號和控制信號轉換到FPD-Link III串行流中。為了使信號可以遠距離傳輸，在 FPD-Link接口的基礎上，FPD-Link III接口增強了信號傳輸和抗干擾能力【1】。該串行器可以通過最長可達15米STP電纜與解串器相連接，提供單通道或雙通道高速串行流，實現高速視頻數據傳輸以及全雙工控制。該設備提供了四條I2S通道，SPI 接口和I2C接口。

2.2.解串芯片DS90UB948

DS90UB948是一款TI生產的解串芯片，它能夠從單路或者雙路的FPD-Link III串行信號流中恢復數據，將FPD-Link III 信號轉換為FPD-Link （OpenLDI） 接口格式。該解串芯片同樣提供了SPI和I2C兩種控制方式。它可以與串行芯片DS90UB949配合使用，通過FPD-Link III傳輸線路，將主機發送的HMDI格式的視屏信號，在遠處的顯示器上顯示。

2.3 LED驅動芯片LP8860

LP8860是TI生產的一款LED驅動芯片。它提供了四路高精度的電流阱，每一路可以最高提供150mA的電流。LP8860給LCD背光供電時，主機可以通過PWM輸入或者I2C/SPI對其內部寄存器進行寫操作的方式，來控制電流阱輸出的的最大電流，從而控制屏幕亮度。【2】

三，雙向控制信道（BCC）

串行器DS90UB949和解串器DS90UB948都包含有I2C接口，同時也包含一個雙向控制信道（BCC）。雙向控制信道（BCC）包括從串行器到解串器的正向高速信道和從解串器到串行器的反向低速信道。正向高速信道數據傳輸時，串行器將HDMI轉換為35位的串行信號，串行流包含時鐘、控制信號、視頻和音頻數據。【3】反向低速信道數據傳輸時，解串器DS90UB948把它轉換的串行數據流發送給串行器。通過BCC這個通道，串行器和解串器兩條I2C總線就被連接起來了，主機不僅可以通過I2C總線來配置串行器和解串器，甚至可以訪問遠程的從設備LED驅動器。

四，系統部分設置

4.1設備配置選擇

我們可以通過使用建議的不同阻值的上拉電阻和下拉電阻配置MODE_SEL[1：0]輸入管腳輸入的電壓比，也可以通過I2C線路配置串行器和解串器相對應的寄存器位，完成部分設置。

串行器DS90UB949會自動將FPD-Link III配置為雙路傳輸模式，也可以配置DUAL_CTL1寄存器設置為雙路傳輸模式，本結構中為雙路FPD-Link III輸出模式。解串器DS90UB948可通過其寄存器 0x23 [4：2] （MODE_SEL1）和0x49 （MODE_SEL0）配置輸入輸出模式，本結構中為雙路FPD-Link III輸入，雙路OpenLDI輸出模式。【4】

4.2 I2C設置

I2C總線由兩條雙向的總線構成，一條是SCL（串行時鐘總線），另外一條是SDA（串行數據總線），這兩根導線都必須通過外部上拉電阻拉高電位，通常上拉電阻為2.2kΩ時掛載到1.8V上，上拉電阻為4.7kΩ時掛載到3.3V上，根據不同的總線工作速率做出調整。I2C總線上允許掛載多個設備，最多可掛載八個設備，但是必須要保證每個設備的地址都是獨一無二，不能重復的。

串行器和解串器都可以通過配置IDX引腳的上拉電阻和下拉電阻的阻值來確定其I2C地址。參照推薦地址分配表，本結構串行器上拉電阻和下拉電阻分別選用118kΩ和40kΩ，對應的地址分別是0x0E和0x1C。解串器上拉電阻和下拉電阻分別為60kΩ和25kΩ，對應的地址分別是0x32和0x64。

LED 驅動器LP8860芯片在出廠時I2C地址已經確定了。默認7位從地址是2Dh，8位格式是以 5Ah作為寫操作的地址，5Bh作為讀操作的地址。

五，結束語

由于雙向控制通道（BCC）這一個特殊的機制，串行器和解串器組合使用，不僅可以實現遠距離的高速數字信號的傳輸，更是可以在不需要額外遠距離的I2C總線的情況下，實現主機對較遠距離從設備的訪問。在本系統中，主機可以通過I2C訪問串行器DS90UB949，解串器DS90UB948和遠處的從設備LED驅動器LP8860。實現了高清視屏的較遠距離顯示，并且能夠通過主機控制顯示屏的亮度。在汽車后排座椅娛樂系統，數字儀表，高清視屏監控等領域有較大使用空間。

參考文獻：

[1]徐曉明.趙清瀟.趙憲臣.采用FPD-Link III技術實現數字視頻信號遠傳設計[J].電子設計工程.2016.11

[2] Texas Instruments Incorporated.LP8860-Q1 Datasheet[EB/OL]

[3] Texas Instruments Incorporated.DS90UB949-Q1 Datasheet[EB/OL]

[4] Texas Instruments Incorporated.DS90UB948-Q1 Datasheet[EB/OL