采用FPD-Link III 技術實現數字視頻信號遠傳設計

徐曉明，趙清瀟，趙憲臣

（山東泉清通信有限責任公司 山東 濟南250101）

采用FPD-Link III 技術實現數字視頻信號遠傳設計

徐曉明，趙清瀟，趙憲臣

（山東泉清通信有限責任公司 山東 濟南250101）

針對高帶寬數字視頻信號的特點和某些應用場景下信號遠傳的需求，提出一種基于FPD-Link III傳輸技術的數字視頻信號遠傳設計。該設計采用型號為DS90ub925的串行器芯片和型號為DS90ub926的解串行器芯片，可以在一對雙絞線上實現速率最高2.975 Gbps的數字視頻信號傳輸。詳細介紹了各部分功能，給出了整體功能框圖和硬件原理框圖。實際工程應用表明：該設計簡單可靠，成本低廉，可滿足單路數字視頻信號遠傳的要求，具備較高推廣價值。

數字視頻信號；串行器；解串行器；FPD-Link III；DS90ub925；DS90ub926

FPD-Link技術最早針對SVGA級顯示器設計，SVGA級顯示器需要的像素帶寬大于720Mbps，需要包括18位數據線和3位控制信號線以及1位時鐘信號，共22位總線。這對于系統功耗、穩定性和EMI都是很大的挑戰。采用FPD-Link技術能很好的解決這個問題，FPD-Link發送電路，將18位的RGB信號和控制信號及時鐘轉換為少量的差分對信號；FPD-Link接收電路將接收到的串行信號進行并行處理，恢復RGB信號和控制信號。FPD-Link III技術是在FPD-Link技術的基礎上，針對汽車電子應用，增強了信號驅動和抗干擾能力，提高了信號傳輸距離，專門用于驅動高分辨率中央和后排顯示屏，以及百萬像素級數字攝像頭。

利用FPD-Link III技術，設計一款功能類似平板電腦的設備。與傳統平板電腦不同的是，設備主控板與顯示屏距離較遠（大約8 m），需要通過一對雙絞線對數字視頻信號進行遠傳處理。

1　系統總體設計

選用瑞芯微電子公司的RK3288作為系統主處理器平臺，選用TI公司的DS90UB925作為FPD-Link III串行器芯片[1]，選用TI公司的DS90UB926作為FPD-Link III解串行器芯片[2]，共同實現數字視頻信號的遠傳設計。圖 1為系統工作原理框圖，其工作原理是：發送端，主處理器RK3288通過數字視頻接口輸出數字RGB視頻信號，經過串行器芯片DS90UB925，將并行的數字RGB信號轉換為串行的FPDLink III信號，通過一對雙絞線傳輸；接收端，解串行器芯片DS90UB926接收FPD-Link III信號，并將串行信號重新轉換為數字RGB信號，輸出到顯示屏，完成視頻顯示功能。

2　系統硬件設計

2.1串行器模塊

2.1.1DS90UB925簡介

主處理器RK3288將視頻信號通過數字RGB接口輸出到DS90UB925，DS90UB925內置輸入鎖存模塊、直流均衡編碼模塊和并串轉換模塊，其邏輯框圖如圖 2所示[3]。工作時完成數字視頻RGB信號到FPD-Link III信號的轉換，并將信號傳送到對端進行處理。其串行傳輸方案支持通過單個差分鏈路實現高速視頻數據傳輸和雙向控制通信的全雙工控制。通過單個差分對整合視頻數據和控制數據可減少互連線尺寸和重量，同時還消除了并行數據偏差問題并簡化了系統設計。串行傳輸通過用戶可選的去加重功能進行優化，同時數據換序以及展頻定時功能可最大限度地減少了電磁干擾[4]。

圖1　系統工作原理框圖

圖2　串行器DS90UB925邏輯框圖

2.1.2端口及功能

DS90UB925為48引腳QFN封裝，其端口按功能可劃分為視頻信號端口、傳輸信號端口和控制信號端口，下面對各端口功能分別加以說明：

1）視頻信號端口

DS90UB925的視頻信號端口即24位數字RGB端口，使用24位來表示一個像素，RGB分量都用8位表示，取值范圍為0～255，其接口信號描述如表1所示。

表1　數字RGB信號描述

2）傳輸信號端口

DS90UB925的傳輸信號端口即FPD-LINK III串行信號接口，包括DOUT±和CMF。DOUT±為FPD-LINK III串行信號輸出數據，LVDS差分輸出；CMF為共模濾波管腳，連接串行器內部端接中心抽頭，為DOUT±提供共模濾波，一般跨接0.1 μF電容到地[5]。

3）控制信號端口

建立10 m×10 m的正方形模型，劃分為300×300個單元網格，采用水平主應力比λ=σ1/σ3，作為地應力特征變化參數，模型沿平行于第二主應力方向設置有厚度1 m的圍巖層，邊界滲透性為零。孔徑均為94 mm，鉆孔間距設置為5 m，如圖3所示。壓裂孔初始水壓為6 MPa，每步以0.5 MPa的速度增加。

DS90UB925的控制信號端口包括PDB、I2C和MODE_SEL信號。PDB為低功耗控制管腳，邏輯高時芯片正常工作，邏輯低時芯片進入低功耗模式；I2C用于外部處理器訪問DS90UB925的內部控制寄存器[6]；MODE_SEL為工作模式選擇管腳，其通過選取不同的上拉電阻R3、下拉電阻R4的阻值來設置不同的參考電壓標準VR4，進一步選擇不同的工作模式，如圖 3所示，可選擇模式包括快慢模式（LFMODE）、中繼模式（Repeater）和前向兼容模式（Backward Compatible）等。

圖3　MODE_SEL連接框圖

2.2解串行器模塊

2.2.1DS90UB926簡介

解串行器DS90UB926在雙絞線上接收FPD-Link III信號，依次通過其內置的串并轉換模塊、直流均衡解碼模塊和輸出鎖存模塊，恢復出24位RGB數據、3個視頻控制信號以及4個同步的I2S音頻信號，并從高速串行數據流中提取出時鐘，其邏輯框圖如圖4所示[7]。DS90UB926的LOCK輸出引腳會在傳入數據流被鎖定時提供鏈路狀態，而無需使用訓練序列或特殊的SYNC（同步）模式，也不需要基準時鐘。自適應均衡器優化了最大電纜長度，并且輸出擴頻時鐘發生器（SSCG）和增強型漸進接通（EPTO）功能大大降低了電磁干擾[8]。

2.2.2端口及功能

DS90UB926為60引腳QFN封裝，其端口按功能可劃分為視頻信號端口、傳輸信號端口和控制信號端口，下面對各端口功能分別加以說明[9]：

1）視頻信號端口

圖4　解串行器DS90UB926邏輯框圖

2）傳輸信號端口

DS90UB926的傳輸信號端口即FPD-LINK III串行信號接口，其信號定義與DS90UB925的傳輸信號端口描述相同[11]。

3）控制信號端口

DS90UB926的控制信號端口包括PDB、I2C、MODE_SEL、OEN、BISTEN和BISTC信號。PDB為低功耗控制管腳，邏輯高時芯片正常工作，邏輯低時芯片進入低功耗模式；I2C用于外部處理器訪問DS90UB926的內部控制寄存器；MODE_SEL為工作模式選擇管腳，其通過選取不同的上拉電阻R3、下拉電阻R4的阻值來設置不同的參考電壓標準VR4，進一步選擇不同的工作模式；OEN位輸出使能管腳，邏輯高有效；BISTEN為內置自測試模式使能管腳，邏輯高有效[12]。

3　初始化軟件設計

初始化軟件主要完成對串行器DS90UB925和解串行器DS90UB926進行初始化配置和工作狀態監測，DS90UB925和DS90UB926的初始化方式是修改芯片的控制寄存器。工作時，首先對芯片進行復位，成功后，通過I2C接口對芯片的控制寄存器進行初始化配置，其I2C接口讀寫時序如圖5所示[13]。

圖5　I2C控制接口時序圖

DS90UB925共有246個控制寄存器CR0-CR245，分別對應地址0X00-0XF5，每個控制寄存器有8bit數據，分別代表不同的配置選項，可用于配置工作模式和監測工作狀態，初始化軟件流程如圖6，在本設計中需要配置的控制寄存器如表 2所示[14]。

表2　DS90UB925配置寄存器

DS90UB926共有246個控制寄存器CR0-CR245，分別對應地址0X00-0XF5，每個控制寄存器有8bit數據，分別代表不同的配置選項，制定芯片的各項參數包括工作模式選擇、BIST測試控制、白平衡控制和均衡控制等。初始化軟件流程如圖6，在本設計中需要配置的控制寄存器如表3所示。

4　設計中的問題分析

采用FPD-Link III技術實現數字視頻信號遠傳設計已經在實際工程中得到應用驗證，經過測試，系統整體穩定、可靠性高，各項技術指標均滿足設計要求。在研制和調試階段也暴露出一些問題，主要總結為以下注意事項。

4.1初始化異常問題

微處理器通過I2C接口對DS90UB925和DS90UB926進行初始化配置時，有時會出現錯誤。為避免錯誤配置，在初始化程序設計時需要在每次修改控制寄存器后讀回此控制寄存器的值，并判別是否與預期一致。

4.2熱設計問題

在本設計中，DS90UB925和DS90UB926在工作時，數據速率可達2.975 Gbps，相應的整板功耗可達13 W，需要考慮進行熱設計，如加大PAD的面積，電源部分走線的加寬并單獨分層，如條件具備可以在高功耗器件上增加散熱器。

5　結束語

采用FPD-Link III技術實現數字視頻信號遠傳設計，可以將18位的RGB信號和控制信號及時鐘轉換為少量的差分對信號，通過雙絞線纜傳輸，并在對端恢復出相應的視頻信號，用于視頻顯示，對于系統功耗、穩定性和電磁兼容都有較大提高[15]。基于此方案，已經設計出一款視頻遠傳設備。相比傳統方案有以下2個創新點：

表3　DS90UB926配置寄存器

圖6　初始化軟件流程圖

①采用FPD-Link III傳輸技術，相比傳統數字RGB并行傳輸技術，所需信號線更少，傳輸距離更遠；

②采用FPD-Link III傳輸技術，將I2C控制信號復接在高速串行信號中，可以在進行遠端控制時節省一組I2C信號線。

[1]Texas Instruments Incorporated.DS90UB925Q-Q1 Datasheet [EB/OL].（2013-04）.[2015-12-01].http://www.ti.com/lit/ds/ snls407d/snls407d.pdf.

[2]Texas Instruments Incorporated.DS90UB926Q-Q1 Datasheet [EB/OL].（2015-01）.[2015-12-01].http://www.ti.com/lit/ds/ snls422b/snls422b.pdf.

[3]Texas Instruments Incorporated.DS90UB925QSEVB User’s Guide[EB/OL].（2013-04）.[2015-12-01].http://www.ti.com.cn/ cn/lit/ug/snlu113/snlu113.pdf.

[4]Texas Instruments Incorporated.DS90UH/B925 Tx EVB[EB/ OL].（2013-04）.[2015-12-01].http://www.ti.com.cn/cn/lit/df/ tidr543/tidr543.pdf.

[5]李泉.文鷹.利用FPGA與串行/解串行芯片HP1032/1034設計數字視頻的復/分接[J].電子技術，2003（2）:43-46.

[6]Texas Instruments Incorporated.AN-2173 I2C Communication Over FPD-Link III with Bidirectional Control Channel [EB/OL].（2013-04）.[2015-12-01].http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/ snla131a/snla131a.pdf.

[7]Texas Instruments Incorporated..DS90UH/B926 Rx EVB[EB/ OL].（2013-04）.[2015-12-01].http://www.ti.com.cn/cn/lit/df/ tidr544/tidr544.pdf.

[8]Texas Instruments Incorporated.Using the I2S Audio Interface of DS90Ux92x FPD-Link III Devices[EB/OL].（2013-06）. [2015-12-01].http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snla221/snla221.pdf.

[9]Texas Instruments Incorporated.Using the I2S Audio Interface of DS90Ux92x FPD-Link III Devices[EB/OL].（2013-04）. [2015-12-01].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snlu114/snlu114.pdf.

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The realizationof digital video signal transmissiondesignusing FPD-LinkIII technology

XU Xiao-ming，ZHAO Qing-xiao，ZHAO Xian-chen
（Quan Qing Shandong Communication Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

Based on FPD-Link III transmission technology of digital video signal to the remote design demand for high bandwidth digital video signal characteristics and some application scenarios remote signal is proposed.The design uses the serial DS90ub925 chip and the model of DS90ub926 to realize the digital video signal transmission on a pair of twisted pair. The functions of each part are introduced in detail，and the block diagram of the whole function and the block diagram of hardware are given.Practical application shows that the design is simple，reliable，low cost，can meet the requirements of the remote digital video signal，with high popularization value.

digital video signal；serializer；deserializer；FPD-Link III；DS90ub925；DS90ub926

TN925＋.91

A

1674－6236（2016）22-0138-04

2015-12-02稿件編號：201512014

徐曉明（1981—），男，山東濟南人，碩士，工程師。研究方向：電路設計、微波通信。