解讀SNx5DP149：3.4 Gbps DP++到HDMI的高性能Retimer

在當(dāng)今的數(shù)字顯示領(lǐng)域，隨著高清、超高清顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，對于高質(zhì)量、高速率視頻信號傳輸?shù)男枨笠踩找嬖鲩L。SNx5DP149作為一款3.4 Gbps DP++到HDMI的Retimer，為解決視頻信號傳輸中的諸多問題提供了有效的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

接口與速率兼容

SNx5DP149具備DisplayPort物理層輸入端口到TMDS物理層輸出端口，支持高達(dá)3.4 - Gbps的數(shù)據(jù)速率，這使其能夠輕松應(yīng)對Ultra HD（4K × 2K / 30 - Hz）8 - bits per color高分辨率視頻以及1080p（1920 × 1080 / 60 - Hz）16 - bit color depth的HDTV信號傳輸。同時，它支持DisplayPort Dual - Mode Standard Version 1.1和HDMI1.4b Transmitter Electrical Parameters，確保了與多種顯示設(shè)備和信號源的兼容性。

信號處理能力

• 集成功能：集成了TMDS Level Translator和CDR（時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)），能夠有效處理信號的轉(zhuǎn)換和恢復(fù)，提高信號的質(zhì)量。
• 均衡器：采用了自適應(yīng)接收器均衡器和可編程固定均衡器，可根據(jù)不同的信號傳輸情況進(jìn)行調(diào)整，補(bǔ)償電纜或電路板的損耗，減少信號失真。
• 去加重功能：具備可選的去加重功能，能夠補(bǔ)償長電纜或高損耗電路板走線的衰減，進(jìn)一步提升信號的完整性。

低功耗設(shè)計

在3.4 - Gbps Retimer模式下，典型功耗僅為390 mW，而在關(guān)機(jī)狀態(tài)下功耗低至10 mW，這種低功耗特性使得它在各種應(yīng)用場景中都能有效降低能源消耗，延長設(shè)備的續(xù)航時間。

其他特性

• 識別功能：集成了DVI和HDMI識別功能，能夠自動識別不同的顯示接口類型。
• 可編程性：支持I2C[4]和引腳綁定編程，為用戶提供了靈活的配置方式。
• 溫度范圍：有工業(yè)溫度范圍（–40 to 85°C，SN65DP149）和擴(kuò)展商業(yè)溫度范圍（0 to 85°C，SN75DP149）可供選擇，滿足不同環(huán)境下的使用需求。

應(yīng)用場景廣泛

SNx5DP149的應(yīng)用場景十分豐富，涵蓋了個人電腦市場、下一代適配器、臺式電腦、筆記本電腦、 docking station HDTV以及獨(dú)立顯卡平板電腦等多個領(lǐng)域。無論是在主板應(yīng)用還是Dongle應(yīng)用中，它都能發(fā)揮重要作用，為視頻信號的穩(wěn)定傳輸提供保障。

產(chǎn)品詳細(xì)剖析

工作原理

SNx5DP149作為一款雙模式DisplayPort到TMDS的Retimer，能夠?qū)?a target="_blank">AC耦合的HDMI/DVI信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為TMDS信號。在這個過程中，它通過接收器均衡器和重定時功能來補(bǔ)償信號的損耗和抖動，確保輸出信號的質(zhì)量。

功能模塊

從功能模塊圖中可以看到，它包含了HPD（熱插拔檢測）、時鐘和數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)寄存器、PLL（鎖相環(huán)）、控制模塊以及I2C寄存器等多個部分。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了信號的接收、處理和輸出。

特性描述

• 復(fù)位實(shí)現(xiàn)：當(dāng)OE（操作使能/復(fù)位引腳）信號被拉低時，設(shè)備進(jìn)入低功耗狀態(tài)，所有控制信號輸入被忽略，輸入和輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。在VCC電源達(dá)到最小推薦工作電壓后，將OE信號從低電平轉(zhuǎn)換為高電平，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的復(fù)位。為確保設(shè)備正確復(fù)位，OE引腳必須在至少100 - μs的時間內(nèi)保持低電平。
• 操作時序：SNx5DP149在OE信號變?yōu)楦唠娖胶箝_始工作。在VDD和VCC穩(wěn)定之前保持OE信號低電平，可以避免一些時序要求。在不同的工作模式下，如Retimer模式和Redriver模式，其時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路（CDR）的工作狀態(tài)也有所不同。
• 輸入通道：所有輸入端口集成了標(biāo)準(zhǔn)的雙模式DisplayPort終端，并在輸入引腳前配備了預(yù)期的AC耦合電容，無需外部終端。每個輸入數(shù)據(jù)通道都包含自適應(yīng)或固定均衡器，以補(bǔ)償電纜或電路板的損耗。同時，輸入引腳具備故障保護(hù)電路，可防止電壓超過絕對最大額定值。
• 調(diào)試工具：為了方便系統(tǒng)調(diào)試，SNx5DP149提供了兩種調(diào)試方法。一種是TMDS錯誤檢查器，可對每個數(shù)據(jù)通道的錯誤計數(shù)器進(jìn)行遞增，幫助用戶了解信號源與設(shè)備之間的鏈路性能。另一種是通過I2C[4]鏈路下載數(shù)據(jù)，繪制眼圖，評估輸入信號的質(zhì)量。
• 接收器均衡器：支持固定接收器均衡器和自適應(yīng)接收器均衡器。通過設(shè)置EQ_SEL/A0引腳或使用I2C，可以選擇不同的均衡模式。在自適應(yīng)均衡模式下，增益會根據(jù)數(shù)據(jù)速率自動調(diào)整，以補(bǔ)償可變的走線或電纜損耗。
• TMDS輸出：建議在Vsadj引腳與地之間連接一個6.5 - kΩ的1%精密電阻，以使差分輸出擺幅符合TMDS信號電平。差分輸出驅(qū)動器在未啟用源終端時，典型電流吸收能力為10 mA，可在50 - Ω終端電阻上產(chǎn)生典型的500 - mV電壓降。
• 預(yù)加重/去加重：提供去加重功能，可補(bǔ)償TMDS輸出與接收器之間的ISI（符號間干擾）損耗。通過引腳綁定或I2C方式，可以設(shè)置不同的去加重電平。同時，還可以通過調(diào)整Vsadj電阻值和設(shè)置相應(yīng)的寄存器，實(shí)現(xiàn)預(yù)加重功能。

功能模式

• Retimer模式：當(dāng)像素時鐘高于約100 - MHz時，Retimer自動激活，通過CDR電路對信號進(jìn)行跟蹤、采樣和重定時，減少視頻源到TMDS輸出的抖動傳輸。在視頻源改變分辨率時，內(nèi)部Retimer會啟動采集過程，確定輸入時鐘頻率并鎖定新的數(shù)據(jù)位流。
• Redriver模式：可通過I2C[4]在偏移地址0Ah的位1:0（DEV_FUNC_MODE）啟用。在該模式下，CDR和PLL關(guān)閉，從而降低功耗，但抖動性能會有所下降，且不保證符合HDMI1.4b標(biāo)準(zhǔn)。

寄存器映射

SNx5DP149包含多個寄存器，用于配置設(shè)備的各種功能，如DP - HDMI適配器ID緩沖區(qū)、HDMI控制、均衡控制、眼圖掃描控制等。通過對這些寄存器的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的靈活配置和精確控制。

應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

應(yīng)用信息

在主板和Dongle應(yīng)用中，SNx5DP149的連接方式和控制引腳的設(shè)置需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。同時，DDC（顯示數(shù)據(jù)通道）的上拉電阻值需要根據(jù)I2C緩沖器的最大吸收電流和總線的最大過渡時間來確定，以確保信號的穩(wěn)定傳輸。

典型應(yīng)用設(shè)計

• 設(shè)計要求：為了使SNx5DP149正常工作，需要滿足一些設(shè)計要求，如提供兩個電壓軌（VCC = 3.3 V，VDD = 1.1 V），OE引腳需連接一個0.1 - μF的電容到地，控制引腳的電平設(shè)置需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，Vsadj電阻推薦使用6.5 - kΩ，主鏈路AC去耦電容推薦使用100 nF等。
• 詳細(xì)設(shè)計步驟：首先要確定GPU與HDMI/DVI連接器之間的損耗情況，根據(jù)損耗情況和信號擺幅確定SNx5DP149的最佳位置。然后，參考典型應(yīng)用圖，正確使用AC耦合電容和控制引腳電阻。同時，可根據(jù)需要配置接收器自適應(yīng)均衡器或固定值均衡器，設(shè)置VOD（輸出差分電壓）、預(yù)加重、終端和邊沿速率等參數(shù)，以滿足電氣合規(guī)性要求。

系統(tǒng)示例與合規(guī)測試

在進(jìn)行合規(guī)測試時，不同的配置方式會影響測試結(jié)果。通過調(diào)整Vsadj電阻值、使用I2C進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及設(shè)置預(yù)/去加重和擺率控制等功能，可以幫助系統(tǒng)通過發(fā)射器合規(guī)測試。例如，在使用I2C時，可以提供更多的微調(diào)能力，更容易實(shí)現(xiàn)HDMI1.4b合規(guī)。

電源與布局考慮

電源管理

SNx5DP149采用雙電源供電，VCC為3.3 V，VDD為1.00 - 1.27 V。通過控制OE引腳和HPD_SNK信號，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的電源管理。在電源關(guān)閉模式下，設(shè)備的功耗最低，但重新使能時可能需要重新編程。

布局指南

為了實(shí)現(xiàn)低EMI（電磁干擾）的PCB設(shè)計，建議使用至少四層的堆疊結(jié)構(gòu)，六層結(jié)構(gòu)更佳。高速輸入DisplayPort走線和TMDS輸出走線應(yīng)布置在頂層，以避免過孔和不連續(xù)性，并確保走線的電氣長度匹配，以減少信號的偏斜。同時，應(yīng)將固態(tài)接地平面靠近高速信號層，以建立傳輸線互連的受控阻抗，并為返回電流提供低電感路徑。

熱考慮

在高K值電路板上，建議將PowerPAD焊接到熱焊盤上，以確保設(shè)備在全溫度范圍內(nèi)正常工作。在低K值電路板上，需要使用1 - oz Cu走線將GND引腳連接到熱焊盤。

總結(jié)

SNx5DP149作為一款高性能的DP++到HDMI的Retimer，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場景和靈活的配置方式，為數(shù)字顯示領(lǐng)域的視頻信號傳輸提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計要求和系統(tǒng)環(huán)境，合理配置和使用這款產(chǎn)品，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，在設(shè)計過程中，要充分考慮電源管理、布局和熱等方面的因素，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。