DisplayPort轉(zhuǎn)DVI/HDMI信號(hào)的接口適配器
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1 引言
DisplayPort為新一代影像顯示接口技術(shù)的規(guī)格之一，可將筆記型計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子設(shè)備連接到顯示器或者平板電視，傳遞高畫質(zhì)影像信號(hào)。迅速崛起的DisplayPort技術(shù)將可望承襲VGA與DVI接口的市場，成為PC領(lǐng)域的主流技術(shù)，與主導(dǎo)消費(fèi)性電子領(lǐng)域的HDMI技術(shù)并駕齊驅(qū)。例如，蘋果公司已經(jīng)在其新款筆記本和監(jiān)視器產(chǎn)品上面全面應(yīng)用mini-DisplayPort接口。
各種接口技術(shù)的并存創(chuàng)造了于接口間信號(hào)傳輸時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換適配的需求，包括DisplayPort到DVI信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器，DisplayPort到HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器，DisplayPort到VGA信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器。DisplayPort到DVI 或 HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器讓配備DisplayPort的筆記本計(jì)算機(jī)與顯示器和平板電視之間擁有高度靈活性、穩(wěn)定、具成本效益的DVI 或HDMI訊號(hào)連結(jié)，并可完全滿足終端客戶對(duì)高質(zhì)量影像的需求。
2 DisplayPort到DVI / HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換原理
由于在DisplayPort推出之際，HDMI和DVI已經(jīng)存在，所以DisplayPort源設(shè)備必須與現(xiàn)有的HDMI和DVI Sink設(shè)備能夠互操作。為滿足這個(gè)要求，實(shí)際上所有的DisplayPort數(shù)據(jù)源設(shè)備都是“雙?！痹O(shè)備，即同時(shí)支持DisplayPort（直接連接），并通過一個(gè)便宜的線纜適配器（“dongle”）來支持DVI/HDMI。
這將允許臺(tái)式或筆記本電腦只需遷移到一個(gè)輸出連接器類型，同時(shí)仍然支持老式顯示器或數(shù)字電視連接。在DisplayPort數(shù)據(jù)源設(shè)備的半導(dǎo)體器件中增加HDMI功能，系統(tǒng)成本增加并不大。由于電氣接口是共享的，因此沒有增加額外的硬件成本。
對(duì)于DisplayPort的雙模設(shè)備，需要在DisplayPort接口部分標(biāo)識(shí)一個(gè)圖標(biāo)（如圖1所示），表示本設(shè)備不但只支持DisplayPort，還支持DVI 1.0或者HDMI。 在這個(gè)圖標(biāo)中，“++”標(biāo)識(shí)和DisplayPort標(biāo)識(shí)表明了本設(shè)備支持雙模信號(hào)的能力。
圖 1. DisplayPort雙模設(shè)備的標(biāo)志
DisplayPort是Video Electronics Standards Association (VESA)的商標(biāo)
DP++: Dual-Mode DisplayPort
TMDS: Transition-Minimized Differential Signaling
DVI (Digital Visual Inte
HDMI (High Definition Multimedia Interface)是HDMI Licensing, LLC的商標(biāo)
圖 2. DisplayPort到DVI/HDMI適配器
線纜適配器設(shè)置在DisplayPort數(shù)據(jù)源端，如圖2所示。DisplayPort數(shù)據(jù)源端的線纜適配器（下簡稱源端適配器）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3所示。
圖3. 源端適配器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理
源端適配器應(yīng)該包含以下電氣特性：
1). 對(duì)于差分信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的電路；
2). 對(duì)于顯示數(shù)據(jù)通道DDC信號(hào)的緩沖電路；
3). 對(duì)于顯示數(shù)據(jù)通道DDC時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的上拉電阻；
4). 對(duì)于DisplayPort接口的13腳信號(hào)的上拉電阻，用于線纜適配器檢測；
5). 對(duì)于DisplayPort接口的14腳信號(hào)的上拉電阻，用于HDMI線纜適配器檢測（僅用于HDMI適配器）；
6). 升壓轉(zhuǎn)換器從源端DP_PWR 3.3V電壓來產(chǎn)生DDC_5V (如果Vbias_RX不是3.3V，需要產(chǎn)生Vbias_RX所需要的電壓) ；
7). 1個(gè)DisplayPort 1.1連接器；
8). １個(gè)DVI 1.0或HDMI (A類或C類) 插座連接器；
說明１：電壓轉(zhuǎn)換器的終端偏置電壓Vbias_Rx并不一定是+3.3V。如果Vbias_Rx不是+3.3V，適配器必須自己生成Vbias_Rx所需要的電壓。
說明２：在接口14管腳上的26kΩ上拉電阻只是針對(duì)HDMI信號(hào)的適配器才需要的。對(duì)于DVI信號(hào)適配器，接口14管腳需要懸空。支持HDMI模式的雙模源端設(shè)備在14管腳上設(shè)置有超過5MΩ的下拉電阻，用于識(shí)別適配器中的上拉電阻。需要說明的是，作為CEC協(xié)議的一部分，HDMI設(shè)備可能會(huì)將14管腳電壓拉低。
當(dāng)一個(gè)源端適配器被雙模源端設(shè)備檢測到后，雙模設(shè)備會(huì)自動(dòng)重配置DisplayPort接口的管腳定義，以適應(yīng)DVI / HDMI信號(hào)模式，管腳的映射關(guān)系如表1所示。
表 1. 雙模設(shè)備中DisplayPort和DVI/HDMI的映射關(guān)系
對(duì)于一個(gè)雙模源端設(shè)備而言，監(jiān)視接口13管腳上的電壓值是可選的。通常情況下，雙模源端設(shè)備會(huì)先嘗試進(jìn)行AUX CH讀操作。如果讀操作失敗，該雙模源端設(shè)備會(huì)進(jìn)行DDC讀寫操作，用于檢測適配器是否連接。
對(duì)于DDC信號(hào)，雙模源端設(shè)備必須隔離AUX CH信號(hào)線上的耦合電容和DDC信號(hào)線。圖4給出了信號(hào)隔離的方法。
圖4. DDC 和 AUX CH信號(hào)連接
對(duì)于DP_PWR電壓，雙模源端設(shè)備必須將該電壓控制在+3.3V+/-10%范圍內(nèi)。適配器將通過DP_PWR電壓對(duì)應(yīng)生成DDC_5V電壓信號(hào)，如圖3所示。
3 DisplayPort到DVI / HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器方案
意法半導(dǎo)體公司針對(duì)DisplayPort接口，推出了支持DVI與HDMI的電壓轉(zhuǎn)換產(chǎn)品STHDLS101。應(yīng)用STHDLS101芯片的適配器將DisplayPort雙模設(shè)備的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為TMDS信號(hào)輸出。它內(nèi)置的電平轉(zhuǎn)換器支持DVI 1.0和HDMI 1.3的信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)。STHDLS101支持的最大數(shù)據(jù)速率達(dá)到每通道2.7Gbps，足夠支持顯示分辨率1080P（12-比特每通道），兼容HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)。
圖5. STHDLS101芯片的功能框圖
圖6. STHDLS101芯片的應(yīng)用框圖
圖7. STHDLS101芯片的內(nèi)部框圖
STHDLS101的主要功能特性：
■ 將高速，低擺幅，四通道差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換至高清多媒體(HDMI)信號(hào)
■ 數(shù)據(jù)速率：每通道2.7Gbps
■ 內(nèi)置50歐姆輸入匹配電阻
■ 使能/去使能控制TMDS信號(hào)輸出以進(jìn)入低功耗狀態(tài)
■ TMDS輸出信號(hào)斜率控制以降低EMI干擾
■ 透明的工作模式：無需配置和重新定時(shí)
■ 通道間信號(hào)偏差小于250 ps
■ 通道內(nèi)信號(hào)偏差小于 10 ps
■ 為顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）端口提供5V至3.3V的雙向電平轉(zhuǎn)換
■ 為 HDMI/DVI接口上熱拔插端口（HPD）提供5V至3.3V電平轉(zhuǎn)換
■ 集成有HPD_SINK和OE_N信號(hào)線的下拉電阻
■ 3.3V電壓供電
■ 大于±6千伏的靜電保護(hù)能力（HBM）
評(píng)論