采用FPD-Link III 技术实现数字视频信号远传设计

徐晓明，赵清潇，赵宪臣

（山东泉清通信有限责任公司 山东 济南250101）

采用FPD-Link III 技术实现数字视频信号远传设计

徐晓明，赵清潇，赵宪臣

（山东泉清通信有限责任公司 山东 济南250101）

针对高带宽数字视频信号的特点和某些应用场景下信号远传的需求，提出一种基于FPD-Link III传输技术的数字视频信号远传设计。该设计采用型号为DS90ub925的串行器芯片和型号为DS90ub926的解串行器芯片，可以在一对双绞线上实现速率最高2.975 Gbps的数字视频信号传输。详细介绍了各部分功能，给出了整体功能框图和硬件原理框图。实际工程应用表明：该设计简单可靠，成本低廉，可满足单路数字视频信号远传的要求，具备较高推广价值。

数字视频信号；串行器；解串行器；FPD-Link III；DS90ub925；DS90ub926

FPD-Link技术最早针对SVGA级显示器设计，SVGA级显示器需要的像素带宽大于720Mbps，需要包括18位数据线和3位控制信号线以及1位时钟信号，共22位总线。这对于系统功耗、稳定性和EMI都是很大的挑战。采用FPD-Link技术能很好的解决这个问题，FPD-Link发送电路，将18位的RGB信号和控制信号及时钟转换为少量的差分对信号；FPD-Link接收电路将接收到的串行信号进行并行处理，恢复RGB信号和控制信号。FPD-Link III技术是在FPD-Link技术的基础上，针对汽车电子应用，增强了信号驱动和抗干扰能力，提高了信号传输距离，专门用于驱动高分辨率中央和后排显示屏，以及百万像素级数字摄像头。

利用FPD-Link III技术，设计一款功能类似平板电脑的设备。与传统平板电脑不同的是，设备主控板与显示屏距离较远（大约8 m），需要通过一对双绞线对数字视频信号进行远传处理。

1　系统总体设计

选用瑞芯微电子公司的RK3288作为系统主处理器平台，选用TI公司的DS90UB925作为FPD-Link III串行器芯片[1]，选用TI公司的DS90UB926作为FPD-Link III解串行器芯片[2]，共同实现数字视频信号的远传设计。图 1为系统工作原理框图，其工作原理是：发送端，主处理器RK3288通过数字视频接口输出数字RGB视频信号，经过串行器芯片DS90UB925，将并行的数字RGB信号转换为串行的FPDLink III信号，通过一对双绞线传输；接收端，解串行器芯片DS90UB926接收FPD-Link III信号，并将串行信号重新转换为数字RGB信号，输出到显示屏，完成视频显示功能。

2　系统硬件设计

2.1串行器模块

2.1.1DS90UB925简介

主处理器RK3288将视频信号通过数字RGB接口输出到DS90UB925，DS90UB925内置输入锁存模块、直流均衡编码模块和并串转换模块，其逻辑框图如图 2所示[3]。工作时完成数字视频RGB信号到FPD-Link III信号的转换，并将信号传送到对端进行处理。其串行传输方案支持通过单个差分链路实现高速视频数据传输和双向控制通信的全双工控制。通过单个差分对整合视频数据和控制数据可减少互连线尺寸和重量，同时还消除了并行数据偏差问题并简化了系统设计。串行传输通过用户可选的去加重功能进行优化，同时数据换序以及展频定时功能可最大限度地减少了电磁干扰[4]。

图1　系统工作原理框图

图2　串行器DS90UB925逻辑框图

2.1.2端口及功能

DS90UB925为48引脚QFN封装，其端口按功能可划分为视频信号端口、传输信号端口和控制信号端口，下面对各端口功能分别加以说明：

1）视频信号端口

DS90UB925的视频信号端口即24位数字RGB端口，使用24位来表示一个像素，RGB分量都用8位表示，取值范围为0～255，其接口信号描述如表1所示。

表1　数字RGB信号描述

2）传输信号端口

DS90UB925的传输信号端口即FPD-LINK III串行信号接口，包括DOUT±和CMF。DOUT±为FPD-LINK III串行信号输出数据，LVDS差分输出；CMF为共模滤波管脚，连接串行器内部端接中心抽头，为DOUT±提供共模滤波，一般跨接0.1 μF电容到地[5]。

3）控制信号端口

建立10 m×10 m的正方形模型，划分为300×300个单元网格，采用水平主应力比λ=σ1/σ3，作为地应力特征变化参数，模型沿平行于第二主应力方向设置有厚度1 m的围岩层，边界渗透性为零。孔径均为94 mm，钻孔间距设置为5 m，如图3所示。压裂孔初始水压为6 MPa，每步以0.5 MPa的速度增加。

DS90UB925的控制信号端口包括PDB、I2C和MODE_SEL信号。PDB为低功耗控制管脚，逻辑高时芯片正常工作，逻辑低时芯片进入低功耗模式；I2C用于外部处理器访问DS90UB925的内部控制寄存器[6]；MODE_SEL为工作模式选择管脚，其通过选取不同的上拉电阻R3、下拉电阻R4的阻值来设置不同的参考电压标准VR4，进一步选择不同的工作模式，如图 3所示，可选择模式包括快慢模式（LFMODE）、中继模式（Repeater）和前向兼容模式（Backward Compatible）等。

图3　MODE_SEL连接框图

2.2解串行器模块

2.2.1DS90UB926简介

解串行器DS90UB926在双绞线上接收FPD-Link III信号，依次通过其内置的串并转换模块、直流均衡解码模块和输出锁存模块，恢复出24位RGB数据、3个视频控制信号以及4个同步的I2S音频信号，并从高速串行数据流中提取出时钟，其逻辑框图如图4所示[7]。DS90UB926的LOCK输出引脚会在传入数据流被锁定时提供链路状态，而无需使用训练序列或特殊的SYNC（同步）模式，也不需要基准时钟。自适应均衡器优化了最大电缆长度，并且输出扩频时钟发生器（SSCG）和增强型渐进接通（EPTO）功能大大降低了电磁干扰[8]。

2.2.2端口及功能

DS90UB926为60引脚QFN封装，其端口按功能可划分为视频信号端口、传输信号端口和控制信号端口，下面对各端口功能分别加以说明[9]：

1）视频信号端口

图4　解串行器DS90UB926逻辑框图

2）传输信号端口

DS90UB926的传输信号端口即FPD-LINK III串行信号接口，其信号定义与DS90UB925的传输信号端口描述相同[11]。

3）控制信号端口

DS90UB926的控制信号端口包括PDB、I2C、MODE_SEL、OEN、BISTEN和BISTC信号。PDB为低功耗控制管脚，逻辑高时芯片正常工作，逻辑低时芯片进入低功耗模式；I2C用于外部处理器访问DS90UB926的内部控制寄存器；MODE_SEL为工作模式选择管脚，其通过选取不同的上拉电阻R3、下拉电阻R4的阻值来设置不同的参考电压标准VR4，进一步选择不同的工作模式；OEN位输出使能管脚，逻辑高有效；BISTEN为内置自测试模式使能管脚，逻辑高有效[12]。

3　初始化软件设计

初始化软件主要完成对串行器DS90UB925和解串行器DS90UB926进行初始化配置和工作状态监测，DS90UB925和DS90UB926的初始化方式是修改芯片的控制寄存器。工作时，首先对芯片进行复位，成功后，通过I2C接口对芯片的控制寄存器进行初始化配置，其I2C接口读写时序如图5所示[13]。

图5　I2C控制接口时序图

DS90UB925共有246个控制寄存器CR0-CR245，分别对应地址0X00-0XF5，每个控制寄存器有8bit数据，分别代表不同的配置选项，可用于配置工作模式和监测工作状态，初始化软件流程如图6，在本设计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个控制寄存器CR0-CR245，分别对应地址0X00-0XF5，每个控制寄存器有8bit数据，分别代表不同的配置选项，制定芯片的各项参数包括工作模式选择、BIST测试控制、白平衡控制和均衡控制等。初始化软件流程如图6，在本设计中需要配置的控制寄存器如表3所示。

4　设计中的问题分析

采用FPD-Link III技术实现数字视频信号远传设计已经在实际工程中得到应用验证，经过测试，系统整体稳定、可靠性高，各项技术指标均满足设计要求。在研制和调试阶段也暴露出一些问题，主要总结为以下注意事项。

4.1初始化异常问题

微处理器通过I2C接口对DS90UB925和DS90UB926进行初始化配置时，有时会出现错误。为避免错误配置，在初始化程序设计时需要在每次修改控制寄存器后读回此控制寄存器的值，并判别是否与预期一致。

4.2热设计问题

在本设计中，DS90UB925和DS90UB926在工作时，数据速率可达2.975 Gbps，相应的整板功耗可达13 W，需要考虑进行热设计，如加大PAD的面积，电源部分走线的加宽并单独分层，如条件具备可以在高功耗器件上增加散热器。

5　结束语

采用FPD-Link III技术实现数字视频信号远传设计，可以将18位的RGB信号和控制信号及时钟转换为少量的差分对信号，通过双绞线缆传输，并在对端恢复出相应的视频信号，用于视频显示，对于系统功耗、稳定性和电磁兼容都有较大提高[15]。基于此方案，已经设计出一款视频远传设备。相比传统方案有以下2个创新点：

表3　DS90UB926配置寄存器

图6　初始化软件流程图

①采用FPD-Link III传输技术，相比传统数字RGB并行传输技术，所需信号线更少，传输距离更远；

②采用FPD-Link III传输技术，将I2C控制信号复接在高速串行信号中，可以在进行远端控制时节省一组I2C信号线。

[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.文鹰.利用FPGA与串行/解串行芯片HP1032/1034设计数字视频的复/分接[J].电子技术，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稿件编号：201512014

徐晓明（1981—），男，山东济南人，硕士，工程师。研究方向：电路设计、微波通信。