应用笔记 4313

视频显示信号与MAX9406 DP-HDMI/DVI电平转换器—第2部分

By: Walter Chen

摘要 : 本应用笔记是全文的第二部分。第2部分介绍了DVI™和显示接口(DP)的背景知识。说明了MAX9406在数字视频电缆驱动中的使用。第1部分(应用笔记4306)阐述了目前TV和PC视频显示电缆接口的概况,包括RGBHV、HDMI™以及VGA的特性。

概述

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。

本文是关于DVI和显示端口(DP)接口系列文章的第二部分,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。关于MAX9406在RGBHV、HDMI和VGA接口中的应用,请参考第1部分,应用笔记4306:“视频显示信号与MAX9406 DP-HDMI/DVI电平转换器—第1部分”。

DVI

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
图1. DVI接口卡功能框图

DVI使用29针插头,图2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。
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。
图3. DVI引脚排列,插头。

显示端口(DP)

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
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
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 HDMI/DVI电平转换器

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
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)。

图8. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换插卡
清晰图片
(PDF, 765kB)
图8. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换插卡

图9. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换dongle卡
清晰图片
(PDF, 3.35MB)
图9. 基于MAX9406的HDMI/DVI电平转换dongle卡

结论

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。

相关型号
MAX9406 免费样品
下一步
EE-Mail 订阅EE-Mail,接收关于您感兴趣的新文档的自动通知。
© , Maxim Integrated Products, Inc.
The content on this webpage is protected by copyright laws of the United States and of foreign countries. For requests to copy this content, contact us.
APP 4313:
应用笔记 4313,AN4313, AN 4313, APP4313, Appnote4313, Appnote 4313