深入解析SN75DP139：DisplayPort到TMDS的轉(zhuǎn)換利器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，顯示接口的兼容性和信號(hào)傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。SN75DP139作為一款關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換芯片，在DisplayPort到TMDS的信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片的特點(diǎn)、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：sn75dp139.pdf

一、SN75DP139概述

SN75DP139是德州儀器（TI）推出的一款雙模式DisplayPort輸入到Transition - Minimized Differential Signaling（TMDS）輸出的芯片。其TMDS輸出內(nèi)置了電平轉(zhuǎn)換重驅(qū)動(dòng)器，支持Digital Video Interface（DVI）1.0和High Definition Multimedia Interface（HDMI）1.4b標(biāo)準(zhǔn)。該芯片的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)3.4 Gbps，能夠支持大于1920×1200的分辨率，或者1080p（逐行掃描）的HDTV 12位色彩深度，還能滿足HDMI 1.4b規(guī)范的增強(qiáng)功能，如3D圖形顯示。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 接口轉(zhuǎn)換與重驅(qū)動(dòng)

它實(shí)現(xiàn)了DisplayPort物理層輸入端口到TMDS物理層輸出端口的轉(zhuǎn)換，集成的TMDS電平轉(zhuǎn)換重驅(qū)動(dòng)器帶有接收器均衡功能，有效提升了信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2.2 多應(yīng)用支持

適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，如DP/TMDS轉(zhuǎn)接器，可用于臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦和擴(kuò)展塢等設(shè)備。同時(shí)支持高達(dá)340 MHz的TMDS時(shí)鐘速率，能實(shí)現(xiàn)4k×2k（30 Hz，24bpp）的操作，也可用于獨(dú)立顯卡。

2.3 其他特性

• 深色彩支持：支持36bpp的深色彩顯示，提供更豐富的色彩表現(xiàn)。
• 集成I2C邏輯塊：用于DVI/HDMI連接器識(shí)別，方便系統(tǒng)對(duì)不同接口進(jìn)行區(qū)分和適配。
• 集成有源I2C緩沖器：隔離了源系統(tǒng)和宿系統(tǒng)以及互連電纜的電容負(fù)載，提高了系統(tǒng)的整體信號(hào)完整性。
• 增強(qiáng)的ESD保護(hù)：所有引腳的ESD保護(hù)能力達(dá)到10 kV，增強(qiáng)了芯片的可靠性和抗干擾能力。
• 寬溫度范圍：商業(yè)溫度范圍為0°C至85°C，能適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境。
• 多種封裝形式：提供48 - Pin 7 - mm×7 - mm VQFN（RGZ）和40 - Pin 5 - mm×5 - mm WQFN（RSB）兩種封裝，方便不同的設(shè)計(jì)需求。

三、詳細(xì)規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓范圍：VCC為 - 0.3V至3.6V。
• 電壓范圍：主鏈路輸入（IN_Dx）差分電壓、TMDS輸出（OUT_Dx）等引腳的電壓范圍為 - 0.3V至VCC + 0.3V，部分引腳如HPD_SINK等最高可達(dá)5.5V。
• 存儲(chǔ)溫度范圍： - 55°C至150°C。

3.2 ESD評(píng)級(jí)

• 人體模型（HBM）：+10000V
• 帶電設(shè)備模型（CDM）：+1500V
• 機(jī)器模型（MM）：+200V

3.3 推薦工作條件

• 電源電壓（Vcc）：推薦范圍為3V至3.6V，典型值為3.3V。
• 工作溫度（TA）：0°C至85°C。
• 主鏈路差分輸入引腳：峰 - 峰交流輸入差分電壓為0.15V至1.2V，數(shù)據(jù)速率RGZ和RSB封裝均為0.25Gbps至3.4Gbps。
• TMDS差分輸出引腳：輸出終止電壓為3V至3.6V，數(shù)據(jù)速率同樣為0.25Gbps至3.4Gbps，終止電阻為45Ω至55Ω。

3.4 熱信息

不同封裝的熱阻參數(shù)有所不同，如RGZ封裝的結(jié)到板熱阻（θJB）為10.9°C/W，RSB封裝為10.8°C/W。在不同工作模式下，芯片的功耗也有所差異，如HDMI模式下的功耗與DVI模式下的功耗不同，低功耗模式下的功耗更低。

3.5 電氣特性

涵蓋了電源電流、熱插拔檢測(cè)、輔助/I2C引腳、TMDS和主鏈路引腳等多方面的電氣特性參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的參考。例如，在HDMI模式下，電源電流（Icc1）典型值為82mA，最大值為110mA；在DVI模式下，電源電流（Icc2）典型值為65mA，最大值為85mA。

3.6 開關(guān)特性

包括熱插拔檢測(cè)、輔助/I2C引腳、TMDS和主鏈路引腳的開關(guān)特性參數(shù)，如熱插拔檢測(cè)的傳播延遲（tPD(HPD)）在VCC = 3.6V時(shí)，最小值為2ns，最大值為30ns。

四、功能模塊解析

4.1 整體概述

SN75DP139通過(guò)將DisplayPort輸入轉(zhuǎn)換為TMDS輸出，滿足了不同顯示接口的兼容性需求。其內(nèi)部集成的邏輯塊和緩沖器等模塊，為信號(hào)的轉(zhuǎn)換和處理提供了有力支持。

4.2 功能框圖

數(shù)據(jù)從DisplayPort輸入，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的處理，最終通過(guò)TMDS輸出。其中，集成的有源I2C緩沖器起到了隔離電容負(fù)載的作用，提高了信號(hào)完整性。

4.3 特性描述

• 輸出使能和DDC使能：OE_N引腳影響高速差分通道（主鏈路/TMDS鏈路），DDC_EN引腳影響DDC通道。在使用時(shí)，DDC_EN應(yīng)在總線空閑時(shí)進(jìn)行切換，避免影響I2C總線操作。
• TMDS輸出邊緣速率控制：通過(guò)SRC引腳可以控制TMDS輸出的邊緣速率，較慢的邊緣速率設(shè)置有助于降低芯片的有源功耗。
• 熱插拔檢測(cè)：芯片內(nèi)置了HPD輸出的電平轉(zhuǎn)換器，HPD_SOURCE輸出的邏輯始終跟隨HPD_SINK輸入的邏輯，其輸出電壓電平由VCC引腳的電壓決定。
• 輔助/I2C引腳：采用有源I2C中繼器，隔離了系統(tǒng)的寄生效應(yīng)，同時(shí)支持通過(guò)I2C_EN引腳啟用的連接器檢測(cè)I2C寄存器。
• TMDS和主鏈路引腳：主鏈路輸入支持DisplayPort 1.1規(guī)范，TMDS輸出支持DVI 1.0和HDMI 1.4b規(guī)范，差分輸出電壓擺幅可通過(guò)R_Vsadj電阻進(jìn)行微調(diào)。

4.4 設(shè)備功能模式

• 活動(dòng)模式：激活主鏈路通道，可傳輸TMDS內(nèi)容。
• 低功耗且DDC通道啟用模式：芯片處于低功耗狀態(tài)，但DDC通道保持活動(dòng)，可配置內(nèi)部I2C寄存器。
• 低功耗模式：芯片處于最低功耗模式，DDC和主鏈路通道均無(wú)活動(dòng)。

4.5 編程

通過(guò)I2C接口可以訪問(wèn)SN75DP139的內(nèi)部存儲(chǔ)器。I2C是一種兩線制串行接口，芯片作為從設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)模式傳輸（100 kbps）。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要遵循特定的協(xié)議，包括起始條件、從設(shè)備地址周期、數(shù)據(jù)周期和停止條件等。

五、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 典型應(yīng)用

SN75DP139的典型應(yīng)用是將DP++轉(zhuǎn)換為TMDS，擴(kuò)展了任何DP++源到HDMI 1.4b和DVI接收器的連接性。例如，在轉(zhuǎn)接器中使用該芯片，可實(shí)現(xiàn)不同顯示接口的適配。

5.2 設(shè)計(jì)要求

• 電源：主電源VDD范圍為3.0V至3.6V。
• 信號(hào)參數(shù)：主鏈路峰 - 峰交流輸入差分電壓為0.15V至1.2V，TMDS輸出終止電壓為3.0V至3.6V，TMDS輸出擺幅電壓偏置電阻為3.65kΩ至4.02kΩ。

5.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

• DVI應(yīng)用：在SN75DP139的TMDS輸出（OUT_Dx）和通孔DVI連接器之間建議加入串聯(lián)電阻占位器，有助于解決信號(hào)完整性問(wèn)題，并通過(guò)系統(tǒng)級(jí)合規(guī)測(cè)試。

5.4 電源供應(yīng)建議

使用能夠?yàn)镾N75DP139提供110 mA電流的VCC電源軌，并在芯片下方靠近VCC引腳處并聯(lián)放置四個(gè)1 μF、兩個(gè)0.1 μF和兩個(gè)0.01 μF的電容器，以確保電源的穩(wěn)定供應(yīng)。

5.5 布局設(shè)計(jì)

• 層疊結(jié)構(gòu)：推薦采用4層或6層（0.062"）的堆疊方式。將高速差分信號(hào)跡線布置在頂層，避免使用過(guò)孔，減少電感影響；在高速信號(hào)層旁邊放置實(shí)心接地平面，控制傳輸線的阻抗；將電源平面與接地平面相鄰，增加高頻旁路電容；將快速邊沿控制信號(hào)布置在底層，防止串?dāng)_和降低EMI。
• 差分跡線：遵循一系列布線準(zhǔn)則，如減少差分跡線內(nèi)的對(duì)間偏移、采用45度倒角彎曲、保持走線平行、合理放置無(wú)源組件等，以維持信號(hào)完整性和降低EMI。

六、總結(jié)

SN75DP139作為一款功能強(qiáng)大的DisplayPort到TMDS轉(zhuǎn)換芯片，具有豐富的特性和良好的性能。在使用過(guò)程中，電子工程師需要根據(jù)其規(guī)格參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)和布局，以確保芯片能夠穩(wěn)定、高效地工作。同時(shí)，要注意遵循芯片的編程協(xié)議，正確配置內(nèi)部寄存器。希望通過(guò)本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和應(yīng)用SN75DP139芯片。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)與該芯片相關(guān)的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。