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2011-04-01 15:41:37
TV和PC显示器正在向带数字电缆接口的平板显示器过渡。平板TV可以通过高清多媒体接口(HDMI)连接到PC或高清TV (HDTV)机顶盒。PC也可以通过VGA或数字视频接口(DVI)连接到外部显示器。DVI可以看作VGA信号的数字接口。注意：HDMI的视频部分与DVI相同。
本文详细说明了MAX9406电平转换器在数字显示电缆驱动中的使用，可理想用于先进的GPU或图形处理CPU。
DVI格式可以认为是VGA的数字版本，采用单链路或双链路，支持更高分辨率的VGA。图1所示为DVI接口卡的功能框图，采用TMDS编码器、串行器、LVDS驱动器(而不是VGA接口卡的红、绿、蓝DAC)产生高速数据流，通过三个差分通道传输信号。另外一路LVDS差分通道用于传输这些码流的时钟信息。
图1. DVI接口卡功能框图
DVI使用29针插头，图2和表1是针对DVI信号的引脚定义和分配。LVDS通道的信号电平为0.5VP-P，差分对的每条线上具有2.8V直流偏置电压。SDA和SCL的信号电平可以达到5V，热插拔引脚的逻辑高电平高于2V。
图2所示为接口插座，包括所有信号定义。五个不同版本的插头可以连接到该插座。图3所示为DVI-I (单链路)、DVI-I (双链路)、DVI-D (单链路)、DVI-D (双链路)、DVI-A不同版本的插头定义。DVI-I是“DVI-Integrated”的缩写，支持数字和模拟信号，能够配合数字和模拟显示器工作。DVI-D是“DVI-Digital”的缩写，仅支持数字信号。DVI-A是“DVI-Analog”的缩写，仅支持模拟信号。
图2. DVI引脚排列，插座。
表1. DVI引脚定义
| Pin Number | Assignment |
| 1 | Data2- |
| 2 | Data2+ |
| 3 | Data2/4 Shield |
| 4 | Data4- |
| 5 | Data4+ |
| 6 | DDC Clock |
| 7 | DDC Data |
| 8 | Analog V Sync |
| 9 | Data1+ |
| 10 | Data1- |
| 11 | Data1/3 Shield |
| 12 | Data3- |
| 13 | Data3+ |
| 14 | +5V |
| 15 | Ground |
| 16 | Hot-Plug Detect |
| 17 | Data0- |
| 18 | Data0+ |
| 19 | Data0/5 Shield |
| 20 | Data5- |
| 21 | Data5+ |
| 22 | Clock Shield |
| 23 | Clock+ |
| 24 | Clock- |
| C1 | Analog Red |
| C2 | Analog Green |
| C3 | Analog Blue |
| C4 | Analog V Sync |
| C5 | Analog Ground |
图3. DVI引脚排列，插头。
DP与DVI相比更通用，功能也更强。DP可以支持一路、两路或四路高速差分对，速率固定为1.62Gbps或2.7Gbps，最高速率为10.8Gbps。所处理的视频信号速率应等于或小于差分对能够支持的速率。没有使用的时隙可以填充附加位/填充位。每对差分信号不必兼容于LVDS。差分电压可以是0.2V、0.4V、0.8V或1.2V。差分对每条线上的偏置电压可以在0V至电源电压范围内调整。差分信号采用交流耦合，耦合电容可以在0.075µF至0.2µF范围内选择。该电容为差分信号驱动器IC提供了更高的灵活性。
图4为DP架构的功能框图，包括GPU功能。GPU功能已经集成到大多数高级CPU芯片组，利用内嵌时钟可以省去LVDS时钟对。为降低EMI、改善内嵌时钟的恢复，采用8B10B编码器替代TDMS编码器。扰频器用于在信号空闲时恢复时钟，8B10B编码器还将信息按8位格式编码。彩色信号的分辨率为6至16位，按RGB或YCrCb格式表示。YCrCb是YPrPb的数字版本。这里没有使用RGB信号的专用通道，而是将彩色信息根据预先定义分布图分配到四路高速差分对。
图4. 嵌入GPU的DP功能框图
高速差分通道的数据位顺序由控制符号定义，例如：BS (开始)、BE (结束)。控制信号插入到高速差分通道。BE之后，彩色像素按照顺序被平均分配到所有通道，例如，像素0分配给0通道、像素1分配给1通道、像素2分配给2通道、像素3分配给3通道、像素4分配给4通道等等。BS插入到每行之后，微包(VB-ID、MVID视频流时标和Maud音频数据流)插入到每行的BS之后。VB-ID用于区分隔行和音频特征。音频包附有SS (第二个数据开始)和SE (第二个数据结束)。在下个BE符号之前，可以用FS (填充开始)和FE (填充结束)构成的帧填充剩余的空时隙。
代替I²C格式，控制信息通过双向辅助通道传输。辅助通道采用曼切斯特II编码，速率为1MHz。差分电压从0.34V到1.38V，直流偏置范围为：0V至差分驱动器供电电压。差分电压也可以交流耦合，耦合电容可以选择0.075µF至0.2µF范围的电容。辅助通道定义了本地请求和应答命令。I²C总线的读、写操作映射到辅助通道。辅助通道用来完成以下任务：从监视器获得所需要的显示器识别数据(EDID)数据；创建虚拟控制板，用于监测亮度、对比度等控制，支持监视器控制命令集(MCCS)协议。
DP有几种用法：作为外部接口连接PC与显示器、作为内部接口连接笔记本电脑的LCD显示器；连接消费类电器(如DVD播放器)与平板显示器。由于这些DP差分对定义的灵活性，GPU或图形处理CPU芯片组能够直接驱动DP兼容的显示器。注意，DP不排除支持传统信号，如DVI和HDMI。实际上，GPU和图形处理芯片组的数据处理能力能够提供附加的DVI和HDMI信号。对于没有LDVS驱动器的GPU和图形处理CPU芯片组，MAX9406可以用作差分信号电平转换器，能够实现DVI或HDMI接口格式。
显示端口使用20引脚插头(图5)，表2所示为所有DP信号分配。热插拔引脚的逻辑高电平高于2V，DP电源引脚加载3.3V供电电压。
图5. DP显示端口引脚排列
表2. DP显示端口引脚分配
| Pin Number | Assignment |
| 1 | Lane0+ |
| 2 | Ground |
| 3 | Lane0- |
| 4 | Lane1+ |
| 5 | Ground |
| 6 | Lane1- |
| 7 | Lane2+ |
| 8 | Ground |
| 9 | Lane2- |
| 10 | Lane3+ |
| 11 | Ground |
| 12 | Lane3- |
| 13 | Ground |
| 14 | Ground |
| 15 | Aux+ |
| 16 | Ground |
| 17 | Aux- |
| 18 | Hot Plug |
| 19 | Ground |
| 20 | DP_Power |
MAX9406是高速、低偏差、四通道差分输入至差分输出的电平转换器(图6)，设计用于支持DP信号至DVI或HDMI的高速信号转换。每条链路支持高达2Gbps的数据速率。在输入端，内部提供50Ω终端匹配电阻；自偏置共模与典型的DP差分对交流耦合相一致。MAX9406还可提供HDMI DDC引脚与HPD引脚所需的电平转换，将5V单端逻辑转换成3.3V单端逻辑或进行反向转换。MAX9406提供±2kV的ESD保护，采用3.0V至3.6V电源供电，工作在-40°C至+85°C扩展级温度范围。
图6. MAX9406功能框图
图7是MAX9406在DP应用中的典型电路，对该CPU芯片组(Intel® Eagle Lake)，0道至2道映射到HDMI插头的第2至第0通道；3道映射到时钟通道。注意，信号对与通道一一对应。辅助+信号映射到SCL，辅助-信号通道映射到SDA。需要安装适当软件，通常称为芯片组驱动程序和视频BIOS，以产生对应于HDMI协议的视频信号。MAX9406仅用于高速和I²C通道的信号电平转换。
图7. MAX9406典型应用电路
MAX9406可以安装在主板GPU相邻位置，使能HDMI插头。该器件也可以用于PCI Express® (PCIe®)插卡，插入总线卡槽(图8)或dongle板，可以插入DP端口(图9)。
(PDF, 765kB)
图8. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换插卡
(PDF, 3.35MB)
图9. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换dongle卡
从消费者普遍接受的平板电视和PC显示器可以看出模拟VGA到数字DVI格式演进的需求。我们也从TV和PC显示信号HDMI、DVI格式的兼容性得到证实。DP格式提供了额外的IC利用率和信号协议的灵活性。MAX9406芯片在最近的数字显示信号DP发展中扮演着重要角色。
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