概述
TV和PC顯示器正在向帶數字電纜接口的平板顯示器過渡。平板TV可以通過高清多媒體接口(HDMI)連接到PC或高清TV (HDTV)機頂盒。PC也可以通過VGA或數字視頻接口(DVI)連接到外部顯示器。DVI可以看作VGA信號的數字接口。注意：HDMI的視頻部分與DVI相同。
本文詳細說明了MAX9406電平轉換器在數字顯示電纜驅動中的使用，可理想用于先進的GPU或圖形處理CPU。
DVI
DVI格式可以認為是VGA的數字版本，采用單鏈路或雙鏈路，支持更高分辨率的VGA。圖1所示為DVI接口卡的功能框圖，采用TMDS編碼器、串行器、LVDS驅動器(而不是VGA接口卡的紅、綠、藍DAC)產生高速數據流，通過三個差分通道傳輸信號。另外一路LVDS差分通道用于傳輸這些碼流的時鐘信息。
圖1. DVI接口卡功能框圖
DVI使用29針插頭，圖2和表1是針對DVI信號的引腳定義和分配。LVDS通道的信號電平為0.5VP-P，差分對的每條線上具有2.8V直流偏置電壓。SDA和SCL的信號電平可以達到5V，熱插拔引腳的邏輯高電平高于2V。
圖2所示為接口插座，包括所有信號定義。五個不同版本的插頭可以連接到該插座。圖3所示為DVI-I (單鏈路)、DVI-I (雙鏈路)、DVI-D (單鏈路)、DVI-D (雙鏈路)、DVI-A不同版本的插頭定義。DVI-I是“DVI-Integrated”的縮寫，支持數字和模擬信號，能夠配合數字和模擬顯示器工作。DVI-D是“DVI-Digital”的縮寫，僅支持數字信號。DVI-A是“DVI-Analog”的縮寫，僅支持模擬信號。
圖2. DVI引腳排列，插座。
表1. DVI引腳定義
| 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 |
圖3. DVI引腳排列，插頭。
顯示端口(DP)
DP與DVI相比更通用，功能也更強。DP可以支持一路、兩路或四路高速差分對，速率固定為1.62Gbps或2.7Gbps，最高速率為10.8Gbps。所處理的視頻信號速率應等于或小于差分對能夠支持的速率。沒有使用的時隙可以填充附加位/填充位。每對差分信號不必兼容于LVDS。差分電壓可以是0.2V、0.4V、0.8V或1.2V。差分對每條線上的偏置電壓可以在0V至電源電壓范圍內調整。差分信號采用交流耦合，耦合電容可以在0.075µF至0.2µF范圍內選擇。該電容為差分信號驅動器IC提供了更高的靈活性。
圖4為DP架構的功能框圖，包括GPU功能。GPU功能已經集成到大多數高級CPU芯片組，利用內嵌時鐘可以省去LVDS時鐘對。為降低EMI、改善內嵌時鐘的恢復，采用8B10B編碼器替代TDMS編碼器。擾頻器用于在信號空閑時恢復時鐘，8B10B編碼器還將信息按8位格式編碼。彩色信號的分辨率為6至16位，按RGB或YCrCb格式表示。YCrCb是YPrPb的數字版本。這里沒有使用RGB信號的專用通道，而是將彩色信息根據預先定義分布圖分配到四路高速差分對。
圖4. 嵌入GPU的DP功能框圖
高速差分通道的數據位順序由控制符號定義，例如：BS (開始)、BE (結束)。控制信號插入到高速差分通道。BE之后，彩色像素按照順序被平均分配到所有通道，例如，像素0分配給0通道、像素1分配給1通道、像素2分配給2通道、像素3分配給3通道、像素4分配給4通道等等。BS插入到每行之后，微包(VB-ID、MVID視頻流時標和Maud音頻數據流)插入到每行的BS之后。VB-ID用于區分隔行和音頻特征。音頻包附有SS (第二個數據開始)和SE (第二個數據結束)。在下個BE符號之前，可以用FS (填充開始)和FE (填充結束)構成的幀填充剩余的空時隙。
代替I²C格式，控制信息通過雙向輔助通道傳輸。輔助通道采用曼切斯特II編碼，速率為1MHz。差分電壓從0.34V到1.38V，直流偏置范圍為：0V至差分驅動器供電電壓。差分電壓也可以交流耦合，耦合電容可以選擇0.075µF至0.2µF范圍的電容。輔助通道定義了本地請求和應答命令。I²C總線的讀、寫操作映射到輔助通道。輔助通道用來完成以下任務：從監視器獲得所需要的顯示器識別數據(EDID)數據；創建虛擬控制板，用于監測亮度、對比度等控制，支持監視器控制命令集(MCCS)協議。
DP有幾種用法：作為外部接口連接PC與顯示器、作為內部接口連接筆記本電腦的LCD顯示器；連接消費類電器(如DVD播放器)與平板顯示器。由于這些DP差分對定義的靈活性，GPU或圖形處理CPU芯片組能夠直接驅動DP兼容的顯示器。注意，DP不排除支持傳統信號，如DVI和HDMI。實際上，GPU和圖形處理芯片組的數據處理能力能夠提供附加的DVI和HDMI信號。對于沒有LDVS驅動器的GPU和圖形處理CPU芯片組，MAX9406可以用作差分信號電平轉換器，能夠實現DVI或HDMI接口格式。
顯示端口使用20引腳插頭(圖5)，表2所示為所有DP信號分配。熱插拔引腳的邏輯高電平高于2V，DP電源引腳加載3.3V供電電壓。
圖5. DP顯示端口引腳排列
表2. DP顯示端口引腳分配
| 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電平轉換器
MAX9406是高速、低偏差、四通道差分輸入至差分輸出的電平轉換器(圖6)，設計用于支持DP信號至DVI或HDMI的高速信號轉換。每條鏈路支持高達2Gbps的數據速率。在輸入端，內部提供50Ω終端匹配電阻；自偏置共模與典型的DP差分對交流耦合相一致。MAX9406還可提供HDMI DDC引腳與HPD引腳所需的電平轉換，將5V單端邏輯轉換成3.3V單端邏輯或進行反向轉換。MAX9406提供±2kV的ESD保護，采用3.0V至3.6V電源供電，工作在-40°C至+85°C擴展級溫度范圍。
圖6. MAX9406功能框圖
圖7是MAX9406在DP應用中的典型電路，對該CPU芯片組(Intel® Eagle Lake)，0道至2道映射到HDMI插頭的第2至第0通道；3道映射到時鐘通道。注意，信號對與通道一一對應。輔助+信號映射到SCL，輔助-信號通道映射到SDA。需要安裝適當軟件，通常稱為芯片組驅動程序和視頻BIOS，以產生對應于HDMI協議的視頻信號。MAX9406僅用于高速和I²C通道的信號電平轉換。
圖7. MAX9406典型應用電路
MAX9406可以安裝在主板GPU相鄰位置，使能HDMI插頭。該器件也可以用于PCI Express® (PCIe®)插卡，插入總線卡槽(圖8)或dongle板，可以插入DP端口(圖9)。
(PDF, 765kB)
圖8. 基于MAX9406的HDMI/DVI電平轉換插卡
(PDF, 3.35MB)
圖9. 基于MAX9406的HDMI/DVI電平轉換dongle卡
結論
從消費者普遍接受的平板電視和PC顯示器可以看出模擬VGA到數字DVI格式演進的需求。我們也從TV和PC顯示信號HDMI、DVI格式的兼容性得到證實。DP格式提供了額外的IC利用率和信號協議的靈活性。MAX9406芯片在最近的數字顯示信號DP發展中扮演著重要角色。
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