TDP158：6Gbps交流耦合型TMDS或HDMI電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器深度解析

在當(dāng)今數(shù)字化飛速發(fā)展的時(shí)代，高清視頻傳輸技術(shù)日新月異，對(duì)于信號(hào)轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)的需求也越來越高。TDP158作為一款交流耦合型HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)最小化傳輸差分信號(hào)（TMDS）轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器，以其卓越的性能和豐富的特性，在數(shù)字視頻接口領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。本文將深入剖析TDP158的各項(xiàng)特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為電子工程師們提供全面的參考。

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特性亮點(diǎn)，盡顯卓越性能

高速傳輸與高分辨率支持

TDP158支持交流耦合TMDS或DisplayPort?雙模物理層輸入到HDMI2.0b TMDS物理層輸出，數(shù)據(jù)速率高達(dá)6Gbps，這使得它能夠輕松實(shí)現(xiàn)高達(dá)4k 2k 60p 24位/像素的分辨率，以及高達(dá)WUXGA 16位色深或1080p的顯示效果，同時(shí)還具備較高的刷新率，為用戶帶來極致的視覺體驗(yàn)。

多標(biāo)準(zhǔn)兼容與雙模支持

該器件兼容HDMI2.0b電氣參數(shù)，支持?jǐn)?shù)字視頻接口（DVI）1.0和高清多媒體接口（HDMI）1.4b和2.0b輸出信號(hào)，并且支持DisplayPort雙模標(biāo)準(zhǔn)版本1.1，大大拓展了其應(yīng)用范圍。

靈活的配置與控制

TDP158具有可編程固定接收器均衡器增益，最高可達(dá)15.5dB，能夠有效補(bǔ)償輸入電纜或電路板引線的長度差異。同時(shí)，它支持全局或獨(dú)立的高速通道控制、預(yù)加重和發(fā)送擺幅以及轉(zhuǎn)換率控制，通過I2C或引腳搭接可編程，為工程師提供了極大的靈活性。

低功耗設(shè)計(jì)

采用雙電源軌（$V{DD}$為1.1V，$V{CC}$為3.3V）設(shè)計(jì)，有助于降低功耗。在6Gbps時(shí)的工作功耗為 -200mW，關(guān)斷狀態(tài)下的功耗僅為 -8mW，符合現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)低功耗的要求。

應(yīng)用廣泛，滿足多樣需求

TDP158的應(yīng)用場景十分廣泛，主要適用于筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、一體機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)和工業(yè)PC音頻或視頻設(shè)備、Blu-ray? DVD游戲系統(tǒng)、HDMI適配器或軟件狗、集線站等設(shè)備。在這些應(yīng)用中，TDP158能夠?yàn)樾盘?hào)傳輸提供穩(wěn)定可靠的支持，確保高清視頻的流暢播放。

詳細(xì)解析，掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引腳配置與功能

TDP158采用40引腳、0.4mm間距、5mm x 5mm WQFN封裝，其引腳功能豐富多樣。包括電源和接地引腳（如VCC、VDD、GND）、主鏈路輸入引腳（如IN_D2p/n、IN_D1p/n等）、主鏈路輸出引腳（如OUT_D2n/p、OUT_D1n/p等）、熱插拔檢測和DDC引腳（如HPD_SRC、HPD_SNK等）以及控制引腳（如OE、I2C_EN等）。不同的引腳組合實(shí)現(xiàn)了不同的功能，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理配置。

規(guī)格參數(shù)，確保穩(wěn)定運(yùn)行

絕對(duì)最大額定值

對(duì)電源電壓范圍、主鏈路輸入差分電壓、TMDS輸出電壓等參數(shù)都有明確的限制，超出這些范圍可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。例如，VCC的絕對(duì)最大額定值為 -0.3V至4V，VDD為 -0.3V至1.4V。

ESD額定值

具備一定的靜電放電防護(hù)能力，人體模型（HBM）的ESD額定值為±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 +500V，能夠在一定程度上保護(hù)器件免受靜電干擾。

推薦工作條件

規(guī)定了在正常工作時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)范圍，如VCC的推薦工作電壓為3V至3.6V（DP模式）或3.13V至3.47V（HDMI模式），VDD為1V至1.27V等。遵循這些條件可以確保器件的性能穩(wěn)定。

功能描述，深入理解工作原理

復(fù)位實(shí)現(xiàn)

當(dāng)OE引腳為低電平時(shí)，控制信號(hào)輸入將被忽略，HDMI輸入和輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。為了正確復(fù)位TDP158，OE引腳必須在$V_{CC}$電源達(dá)到最小推薦工作電壓后，從低電平轉(zhuǎn)換為高電平，并且在重新置高之前，OE引腳必須至少保持100μs的低電平。如果通過I2C對(duì)器件進(jìn)行編程，那么在OE重新置高后，需要重新對(duì)器件進(jìn)行編程。

操作時(shí)序

TDP158在電源上電時(shí)序完成且OE信號(hào)正確設(shè)置后開始工作。在$V{DD}$和$V{CC}$穩(wěn)定之前，將OE引腳保持低電平可以避免時(shí)序要求。同時(shí)，$V{DD}$和$V{CC}$的電源斜坡上升要求也有明確規(guī)定，如$V{DD}$和$V{CC}$的電源斜坡上升時(shí)間需在0.002ms至100ms之間。

通道控制

TDP158具有多種通道控制功能。默認(rèn)情況下，高速通道為全局控制，可以通過引腳搭接或I2C編程實(shí)現(xiàn)全局或獨(dú)立的控制，如接收器均衡、$V_{OD}$擺幅和預(yù)加重等。通過設(shè)置$reg09h[5] = 1$，可以將器件設(shè)置為獨(dú)立通道配置模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)通道的精細(xì)控制。

交換功能

TDP158具備交換功能，可用于交換通道。在I2C_EN引腳為低電平時(shí)，可以使用SCL_CTL/SWAP引腳13實(shí)現(xiàn)該功能，也可以通過控制寄存器0x09h位7來實(shí)現(xiàn)，但該功能僅在HDMI模式下有效。交換后，EQ、預(yù)加重、終端和轉(zhuǎn)換率設(shè)置將遵循新的映射。

接收器均衡器

該器件支持通過設(shè)置A0/EQ1和A1/EQ2引腳或通過I2C來實(shí)現(xiàn)固定接收器均衡器。通過不同的引腳組合或I2C設(shè)置，可以獲得不同的EQ值，范圍從2dB到15.5dB，以補(bǔ)償電纜或電路板的損耗。

輸入信號(hào)檢測

當(dāng)通過$I^{2} C$啟用SIG_EN時(shí)，接收器會(huì)尋找有效的HDMI時(shí)鐘信號(hào)輸入。如果檢測到有效信號(hào)，器件將正常工作；如果未檢測到有效信號(hào)，器件將進(jìn)入待機(jī)模式，等待有效信號(hào)的到來。

TMDS輸出

推薦從VSADJ引腳連接一個(gè)1%精度的電阻到地，以確保差分輸出擺幅符合TMDS信號(hào)電平。差分輸出驅(qū)動(dòng)器提供典型的10mA電流吸收能力，在50Ω終端電阻上可產(chǎn)生典型的500mV電壓降。

預(yù)加重

TDP158在數(shù)據(jù)通道上提供預(yù)加重功能，可對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償TDP158輸出與TMDS接收器之間的互連損耗。預(yù)加重可以通過引腳搭接或I2C編程實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)值為0dB。在不同的模式下，6dB的預(yù)加重設(shè)置會(huì)有不同的輸出效果。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，助力實(shí)際設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)中，需要使用兩個(gè)電壓軌（VCC為3.3V，VDD為1.1V）以支持最低功耗。OE引腳必須連接一個(gè)0.1μF的電容到地，并且該引腳的狀態(tài)變化應(yīng)在電壓軌穩(wěn)定之后。使用$I^{2} C$是配置器件的最佳方式，但也提供了引腳搭接的選項(xiàng)。同時(shí)，需要確保源與TDP158之間的連接正確映射，必要時(shí)可以使用交換功能。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

在源端應(yīng)用中，需要確定GPU/芯片組與HDMI /DVI連接器之間的損耗曲線，根據(jù)損耗曲線和信號(hào)擺幅確定TDP158的最佳位置，通常應(yīng)在連接器的1" - 2"范圍內(nèi)。合理設(shè)置$V_{OD}$、預(yù)加重、終端和邊緣速率等參數(shù)，以滿足源電氣合規(guī)性要求。同時(shí)，要注意DDC上拉電阻的取值，需要根據(jù)$I^{2} C$緩沖器的最大吸收電流和總線的最大過渡時(shí)間來確定。

電源管理

TDP158采用雙電源設(shè)計(jì)，通過不同的方式實(shí)現(xiàn)電源管理。當(dāng)OE為低電平時(shí)，器件將進(jìn)入最低功耗狀態(tài)；當(dāng)HPD_SNK為高電平但時(shí)鐘通道上未檢測到有效時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，器件將進(jìn)入待機(jī)模式；當(dāng)HPD斷言時(shí)，器件將根據(jù)信號(hào)檢測器電路的結(jié)果啟用輸出。在電源關(guān)閉狀態(tài)下，$I^{2} C$寄存器將被清除，需要注意TMDS_CLOCK_RATIO_STATUS位的設(shè)置。

布局設(shè)計(jì)

在PCB布局時(shí)，對(duì)于高K板，需要將PowerPAD?焊接到熱焊盤上接地；對(duì)于低K板，需要使用1oz的銅跡線將GND引腳連接到熱焊盤。推薦使用至少四層或六層的PCB堆疊，將高速TMDS跡線布置在頂層，以避免過孔引入的電感；放置實(shí)心接地平面和電源平面，以建立受控阻抗和提供高頻旁路電容；將較慢的控制信號(hào)布置在底層，以提高設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，要將差分輸入通道和差分輸出通道盡可能分開，并在每個(gè)差分通道之間添加接地填充平面，以減少串?dāng)_。

總結(jié)與展望

TDP158作為一款功能強(qiáng)大的HDMI電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器，具有高速傳輸、多標(biāo)準(zhǔn)兼容、靈活配置、低功耗等諸多優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們需要深入理解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。隨著高清視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，相信TDP158將在更多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為推動(dòng)數(shù)字視頻傳輸技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮重要作用。

在設(shè)計(jì)過程中，你是否遇到過類似器件在信號(hào)傳輸方面的挑戰(zhàn)？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。