探索TMDS351：一款高性能3 - TO - 1 DVI/HDMI開關(guān)芯片

在當(dāng)今數(shù)字化飛速發(fā)展的時(shí)代，數(shù)字視頻接口的應(yīng)用無處不在，如數(shù)字電視、數(shù)字投影儀等設(shè)備。TI公司的TMDS351作為一款3 - TO - 1 DVI/HDMI開關(guān)芯片，在數(shù)字視頻切換領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：tmds351.pdf

芯片特性亮點(diǎn)

兼容性與信號(hào)處理能力

TMDS351兼容HDMI 1.3a標(biāo)準(zhǔn)，支持高達(dá)2.5 Gbps的信號(hào)傳輸速率，能夠?qū)崿F(xiàn)480i/p、720i/p和1080i/p分辨率，且色彩深度可達(dá)12位。這意味著它可以輕松應(yīng)對(duì)高清視頻信號(hào)的傳輸，為用戶帶來清晰、絢麗的視覺體驗(yàn)。

集成化設(shè)計(jì)優(yōu)勢

芯片集成了接收器終端電阻，無需外部額外添加終端電阻，簡化了電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，它還具備可選擇的接收器均衡功能，能夠適應(yīng)不同長度的輸入電纜，有效補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過程中的損耗，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

電氣性能與保護(hù)機(jī)制

在電氣性能方面，TMDS351的對(duì)內(nèi)偏差（Skew <40 ps）和對(duì)外偏差（Skew <65 ps）都控制在極小范圍內(nèi)，保證了信號(hào)的同步性。此外，它的HBM ESD保護(hù)超過8 kV，能夠有效防止靜電對(duì)TMDS輸入的損害，提高了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。

電源與封裝設(shè)計(jì)

芯片的TMDS I/O采用3.3 - V固定電源供電，而HPD、DDC和源選擇電路則使用5 - V固定電源。這種雙電源設(shè)計(jì)可以滿足不同電路模塊的需求。它采用64 - Pin TQFP封裝，符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)，且能夠承受260°C的回流焊溫度，方便進(jìn)行電路板的組裝和焊接。

功能原理剖析

端口切換與信號(hào)傳輸

TMDS351是一款3端口數(shù)字視頻接口開關(guān)，允許將最多3個(gè)DVI或HDMI端口切換到單個(gè)顯示終端。每個(gè)端口支持四個(gè)TMDS通道、一個(gè)熱插拔檢測器和一個(gè)數(shù)字顯示控制（DDC）接口。當(dāng)通過控制引腳S1和S2進(jìn)行不同的電平組合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不同端口的選擇和切換，同時(shí)還能控制輸入終端電阻的連接和斷開。

接收器均衡與電源管理

芯片為不同長度的電纜提供了兩級(jí)接收器輸入均衡。當(dāng)EQ引腳設(shè)置為低電平時(shí)，接收器支持短距離HDMI電纜的輸入連接；當(dāng)EQ引腳設(shè)置為高電平時(shí)，則支持長距離HDMI電纜。在電源管理方面，當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)模式且沒有數(shù)字音視頻內(nèi)容輸入時(shí)，可以關(guān)閉3.3 - V電源電壓(V{CC})，以降低TMDS輸入、輸出和內(nèi)部開關(guān)電路的功耗，而HPD、DDC和源選擇電路則由5 - V電源電壓(V{DD})供電，維持系統(tǒng)的熱插拔檢測響應(yīng)和DDC鏈路。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

TMDS351需要兩個(gè)不同的電源，3.3 - V的(V{CC})為TMDS電路供電，5 - V的(V{DD})為HPD、DDC和大部分控制邏輯供電。建議為TMDS351的TMDS電路和輸出終端電壓提供相同的3.3 - V電源，這樣可以減少ESD保護(hù)電路的漏電流。在數(shù)字電視待機(jī)模式下，合理控制3.3 - V電源的開關(guān)狀態(tài)，能夠進(jìn)一步降低設(shè)備的功耗。

TMDS輸入與輸出設(shè)計(jì)

在TMDS輸入方面，芯片為所有十二個(gè)差分輸入提供了可選擇的頻率響應(yīng)均衡電路，以支持短距離和長距離電纜連接。內(nèi)部的終端電路可以根據(jù)端口的選擇進(jìn)行開關(guān)控制，當(dāng)端口被選中時(shí)，為每個(gè)差分輸入引腳提供50 - Ω的電阻，無需外部終端。為了防止TMDS輸入輸出振蕩，可以通過外部偏置的方式實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。在TMDS輸出方面，建議使用一個(gè)10%精度的4.02 - kΩ電阻來控制輸出擺幅，使其符合HDMI標(biāo)準(zhǔn)的400 mV至600 mV范圍（典型值為500 mV）。在待機(jī)模式下，TMDS輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

HPD與DDC通道設(shè)計(jì)

HPD電路由5 - V電源供電，為源設(shè)備提供5 - V TTL輸出信號(hào)，典型輸出電阻為1 - kΩ，無需外部添加1 - kΩ電阻。選中源端口的HPD輸出跟隨HPD_SINK輸入的邏輯電平，未選中的HPD輸出保持低電平。在待機(jī)模式下，所有HPD輸出跟隨HPD_SINK。DDC電路（SDA、SCL）同樣由5 - V電源供電，I/O引腳可以直接連接到5 - V終端電壓。建議在SCL1、SCL2和SCL3引腳添加一個(gè)47 - kΩ上拉電阻到5 V，而SDA引腳則不需要上拉電阻。

布局注意事項(xiàng)

對(duì)于TMDS351來說，高速差分TMDS輸入是最關(guān)鍵的路徑。在電路板布局時(shí)，需要保持100 - Ω的差分傳輸線阻抗，確保信號(hào)在進(jìn)出芯片時(shí)的穩(wěn)定性。在高速I/O下方保持不間斷的接地平面，并且使接地路徑過孔盡可能靠近芯片，以提供最短的回流路徑。同時(shí)，要盡量縮短連接器和芯片之間TMDS信號(hào)的走線長度，減少信號(hào)的損耗和干擾。

不同CEC鏈路系統(tǒng)中的應(yīng)用

支持被動(dòng)CEC鏈路的數(shù)字電視

在這種應(yīng)用場景下，數(shù)字電視本身不具備處理CEC信號(hào)的能力，但允許CEC信號(hào)通過CEC總線。源選擇由數(shù)字電視的控制命令完成，用戶無法通過CEC總線上的音頻/視頻產(chǎn)品強(qiáng)制發(fā)出命令。選中的源在接收到有效的HPD信號(hào)后讀取E - EDID數(shù)據(jù)，微控制器通過S1和S2引腳在切換源時(shí)加載不同的CEC物理地址。

支持主動(dòng)CEC鏈路的數(shù)字電視

在這種應(yīng)用中，數(shù)字電視增加了CEC PHY和CEC LOGIC功能，能夠發(fā)起和響應(yīng)來自遙控器或其他音頻/視頻產(chǎn)品的CEC信號(hào)。所有源設(shè)備必須有自己的CEC物理地址，以支持CEC鏈路的完整功能。根據(jù)源設(shè)備TMDS線的耦合方式不同（AC耦合或DC耦合），以及源設(shè)備是否具備檢測接收器終端的能力，可以采用不同的方法來通知源設(shè)備它已被選中。

TMDS351以其出色的性能和豐富的功能，為數(shù)字視頻接口的切換應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理運(yùn)用芯片的各項(xiàng)特性，注意電源、布局、輸入輸出等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的數(shù)字視頻切換功能。你在使用類似芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。