基于串行器解串器的远距离高速信号传输系统设计

李卓

摘 要：近些年来，由于汽车电子设备在设计时需要进行远距离的高速数字信号传输，而传统的信号传输方式不能满足需要。本文介绍了一种可以实现较远距离高速数字信号传输系统，并且能够实现主机对远处设备的控制。它使用了TI公司串行器芯片DS90UB949，解串器芯片DS90UB948，LED驱动芯片LP8860三款芯片。本文给出了系统框图，并介绍了其性能和部分设置。该结构稳定可靠，简单方便。 

关键词：串行器;解串器;DS90UB949;DS90UB948;LP8860

一，系统设计

系统的整体框图如图一所示，主处理器（视频信号发送端）通过其视频输出端输出HDMI格式的数字视频信号给串行芯片DS90UB949，串行芯片将HDMI视频信号和控制信号转换到FPD-Link III串行信号流中。再通过一对100Ω 差分屏蔽双绞线 （STP） 电缆进行远距离信号传输。在另一端解串芯片DS90UB948接收到串行芯片发出的双通道FPD-Link III高速串行信号流后，将其转换成 FPD-Link （OpenLDI） 接口格式，输出给显示屏，实现高清视频的远距离显示。并且分解出FPD-Link III中的控制信号，通过I2C接口控制LED驱动芯片LP8860的输出电流，实现对屏幕亮度的控制。

二，芯片介绍

2.1.串行芯片DS90UB949

DS90UB949是一款TI生产的串行芯片，它能够将HDMI格式的视屏信号和控制信号转换到FPD-Link III串行流中。为了使信号可以远距离传输，在 FPD-Link接口的基础上，FPD-Link III接口增强了信号传输和抗干扰能力【1】。该串行器可以通过最长可达15米STP电缆与解串器相连接，提供单通道或双通道高速串行流，实现高速视频数据传输以及全双工控制。该设备提供了四条I2S通道，SPI 接口和I2C接口。

2.2.解串芯片DS90UB948

DS90UB948是一款TI生产的解串芯片，它能够从单路或者双路的FPD-Link III串行信号流中恢复数据，将FPD-Link III 信号转换为FPD-Link （OpenLDI） 接口格式。该解串芯片同样提供了SPI和I2C两种控制方式。它可以与串行芯片DS90UB949配合使用，通过FPD-Link III传输线路，将主机发送的HMDI格式的视屏信号，在远处的显示器上显示。

2.3 LED驱动芯片LP8860

LP8860是TI生产的一款LED驱动芯片。它提供了四路高精度的电流阱，每一路可以最高提供150mA的电流。LP8860给LCD背光供电时，主机可以通过PWM输入或者I2C/SPI对其内部寄存器进行写操作的方式，来控制电流阱输出的的最大电流，从而控制屏幕亮度。【2】

三，双向控制信道（BCC）

串行器DS90UB949和解串器DS90UB948都包含有I2C接口，同时也包含一个双向控制信道（BCC）。双向控制信道（BCC）包括从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。正向高速信道数据传输时，串行器将HDMI转换为35位的串行信号，串行流包含时钟、控制信号、视频和音频数据。【3】反向低速信道数据传输时，解串器DS90UB948把它转换的串行数据流发送给串行器。通过BCC这个通道，串行器和解串器两条I2C总线就被连接起来了，主机不仅可以通过I2C总线来配置串行器和解串器，甚至可以访问远程的从设备LED驱动器。

四，系统部分设置

4.1设备配置选择

我们可以通过使用建议的不同阻值的上拉电阻和下拉电阻配置MODE_SEL[1：0]输入管脚输入的电压比，也可以通过I2C线路配置串行器和解串器相对应的寄存器位，完成部分设置。

串行器DS90UB949会自动将FPD-Link III配置为双路传输模式，也可以配置DUAL_CTL1寄存器设置为双路传输模式，本结构中为双路FPD-Link III输出模式。解串器DS90UB948可通过其寄存器 0x23 [4：2] （MODE_SEL1）和0x49 （MODE_SEL0）配置输入输出模式，本结构中为双路FPD-Link III输入，双路OpenLDI输出模式。【4】

4.2 I2C设置

I2C总线由两条双向的总线构成，一条是SCL（串行时钟总线），另外一条是SDA（串行数据总线），这两根导线都必须通过外部上拉电阻拉高电位，通常上拉电阻为2.2kΩ时挂载到1.8V上，上拉电阻为4.7kΩ时挂载到3.3V上，根据不同的总线工作速率做出调整。I2C总线上允许挂载多个设备，最多可挂载八个设备，但是必须要保证每个设备的地址都是独一无二，不能重复的。

串行器和解串器都可以通过配置IDX引脚的上拉电阻和下拉电阻的阻值来确定其I2C地址。参照推荐地址分配表，本结构串行器上拉电阻和下拉电阻分别选用118kΩ和40kΩ，对应的地址分别是0x0E和0x1C。解串器上拉电阻和下拉电阻分别为60kΩ和25kΩ，对应的地址分别是0x32和0x64。

LED 驱动器LP8860芯片在出厂时I2C地址已经确定了。默认7位从地址是2Dh，8位格式是以 5Ah作为写操作的地址，5Bh作为读操作的地址。

五，结束语

由于双向控制通道（BCC）这一个特殊的机制，串行器和解串器组合使用，不仅可以实现远距离的高速数字信号的传输，更是可以在不需要额外远距离的I2C总线的情况下，实现主机对较远距离从设备的访问。在本系统中，主机可以通过I2C访问串行器DS90UB949，解串器DS90UB948和远处的从设备LED驱动器LP8860。实现了高清视屏的较远距离显示，并且能够通过主机控制显示屏的亮度。在汽车后排座椅娱乐系统，数字仪表，高清视屏监控等领域有较大使用空间。

参考文献：

[1]徐晓明.赵清潇.赵宪臣.采用FPD-Link III技术实现数字视频信号远传设计[J].电子设计工程.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