MAX3816A：DVI、HDMI和VGA接口中DDC的I2C 2線(xiàn)擴(kuò)展器

在當(dāng)今的數(shù)字顯示領(lǐng)域，DVI、HDMI和VGA接口廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，如高清電視、顯示器和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器等。然而，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)電纜的電容負(fù)載會(huì)對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生影響。MAX3816A作為一款專(zhuān)業(yè)的DDC*/I2C擴(kuò)展器，為這一問(wèn)題提供了完美的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

MAX3816A能夠自動(dòng)補(bǔ)償長(zhǎng)DVI、HDMI和VGA電纜的過(guò)量負(fù)載電容。只需在鏈路的顯示端放置一個(gè)MAX3816A，就能在0到60米的電纜長(zhǎng)度上雙向恢復(fù)DDC時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的信號(hào)完整性。它具有高達(dá)3000pF的電纜電容補(bǔ)償能力，典型值甚至超過(guò)5000pF。該芯片通過(guò)邏輯“與”檢測(cè)源端和顯示端的狀態(tài)變化，并使用具有軌到軌壓擺率限制的驅(qū)動(dòng)器來(lái)確保滿(mǎn)足I2C的上升和下降時(shí)間要求。在狀態(tài)改變后，2.5μs的延遲時(shí)間可防止在電纜通道穩(wěn)定期間發(fā)生后續(xù)狀態(tài)變化。

在100kbps的滿(mǎn)載條件下，MAX3816A的功耗僅為25mW（不包括上拉電阻）。它采用16引腳TSSOP封裝，工作溫度范圍為0°C至+70°C。

二、產(chǎn)品特性

2.1 長(zhǎng)距離擴(kuò)展能力

支持在100kbps的速率下，將DDC或 (I^{2} C) 時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通道擴(kuò)展至60米，為長(zhǎng)距離傳輸提供了可靠保障。

2.2 單端解決方案

只需在顯示端放置一個(gè)MAX3816A即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和布線(xiàn)。

2.3 電容補(bǔ)償能力

能夠補(bǔ)償0到3000pF的電纜電容（是 (I^{2} C) 規(guī)范的8倍），典型值可超過(guò)5000pF，有效解決了電纜電容帶來(lái)的信號(hào)衰減問(wèn)題。

2.4 多種工作模式

具備并行和串行兩種工作模式，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行靈活選擇。

2.5 反射抑制

通過(guò)在轉(zhuǎn)換后終止傳輸線(xiàn)阻抗，有效防止反射引起的振鈴現(xiàn)象，提高信號(hào)質(zhì)量。

2.6 完整解決方案

可與MAX3815 TMDS?均衡器配合使用，形成完整的數(shù)字視頻擴(kuò)展解決方案。

2.7 寬電源范圍

支持3.0V至5.5V的電源供電，同時(shí)還提供了5V電纜DDC和3.3V顯示DDC電平之間的可選電壓轉(zhuǎn)換功能。

三、電氣特性

3.1 電源特性

• 電源電壓范圍為3.0V至5.5V，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 在特定條件下，電源電流 (I{CC}) 最大為3.0mA， (I{DD}) 最大為7.0mA，功耗較低。
• 電源噪聲容限在DC至500kHz范圍內(nèi)為100mV P - P，在DC至60Hz（串行模式）下為700mV，具有較好的抗干擾能力。

  3.2 信號(hào)特性

• 輸出高電壓 (V{OH}) ：電纜側(cè)為 (V{CC}-0.1V) ，顯示側(cè)為 (V_{DD}-0.1V) 。
• 輸出低電壓 (V_{OL}) ：在負(fù)轉(zhuǎn)換后1μs內(nèi)可達(dá)到0.2V至0.4V。
• 高低閾值 (V{TRIGIH}) 和 (V{TRIGIL}) ：用于檢測(cè)信號(hào)的高低轉(zhuǎn)換，不同側(cè)有不同的閾值設(shè)定。

  3.3 時(shí)間特性

• 上升時(shí)間 (t_{R}) ：在3.0V至3.6V電源下為700至1000ns，在4.5V至5.5V電源下為700ns。
• 下降時(shí)間 (t_{F}) ：在3.0V至3.6V電源下為200至300ns，在4.5V至5.5V電源下為300ns。
• 驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟時(shí)間為1750ns，驅(qū)動(dòng)有源終端電阻為60Ω。
• 電平檢測(cè)濾波延遲為300ns，延遲時(shí)間為2.5μs。

四、工作原理

4.1 工作模式

MAX3816A具有并行和串行兩種工作模式。并行模式適用于對(duì)非合規(guī)源和宿設(shè)備具有高容忍度的應(yīng)用場(chǎng)景，并且可以與其他加速設(shè)備在同一總線(xiàn)上同時(shí)工作。串行模式則適用于需要完全隔離源和宿的情況，能夠有效隔離長(zhǎng)電纜中的傳輸線(xiàn)反射，保護(hù)顯示電路。

4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換

以時(shí)鐘信號(hào)為例，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：

1. 高狀態(tài)：驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，電平檢測(cè)開(kāi)啟。當(dāng)沒(méi)有客戶(hù)端設(shè)備控制總線(xiàn)時(shí)，總線(xiàn)處于高狀態(tài)，由上拉電阻維持。
2. 高到低轉(zhuǎn)換：驅(qū)動(dòng)器輸出低電平，電平檢測(cè)關(guān)閉并啟動(dòng)延遲計(jì)時(shí)器。當(dāng)信號(hào)下降到電源電壓的75%以下時(shí)，MAX3816A驅(qū)動(dòng)源端和顯示端向地電平靠近。
3. 低狀態(tài)：電平檢測(cè)關(guān)閉，延遲期間維持低電平。在串行模式下，驅(qū)動(dòng)器將電平維持在 (V_{HOLD}) 以下。
4. 低狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉：電平檢測(cè)開(kāi)啟。在延遲時(shí)間結(jié)束后，恢復(fù)電平檢測(cè)。
5. 低到高轉(zhuǎn)換：驅(qū)動(dòng)器開(kāi)啟，電平檢測(cè)關(guān)閉。當(dāng)源端和顯示端的信號(hào)都超過(guò)各自的 (V{TRIGIL}) 電平時(shí)，源端驅(qū)動(dòng)上升到 (V{CC}) ，顯示端由上拉電阻拉到 (V_{DD}) 。
6. 高狀態(tài)：驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，電平檢測(cè)延遲。在延遲期間不檢測(cè)轉(zhuǎn)換，高狀態(tài)由外部上拉電阻維持。當(dāng)電纜和顯示電平高于85%時(shí)，狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換到高狀態(tài)。

需要注意的是，該芯片不推薦用于I2C連續(xù)時(shí)鐘應(yīng)用，而是針對(duì)非連續(xù)時(shí)鐘的DDC應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

五、應(yīng)用信息

5.1 顯示端應(yīng)用

只需在顯示端使用一個(gè)MAX3816A，即可在60米的電纜長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)100kbps的全速率操作。在顯示端應(yīng)用的串行模式中，源端由源VCC（通常為5V）和地（GND_REF）供電，顯示端VDD由本地顯示電源（通常為3.3V）供電，以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換并減少電源噪聲和偏移的影響。這種應(yīng)用模式具有長(zhǎng)電纜傳輸能力、隔離源反射、可關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器以隔離總線(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但在使用電平轉(zhuǎn)換功能時(shí)，需要考慮顯示EDID Prom的通信問(wèn)題。

5.2 外部應(yīng)用

MAX3816A還可以用于顯示外部的應(yīng)用，如外部盒子產(chǎn)品或電纜組件。根據(jù)不同的連接方式，可分為串聯(lián)、可切換串聯(lián)和并聯(lián)模式：

• 串聯(lián)模式：具有長(zhǎng)電纜傳輸、隔離源反射、可關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器等優(yōu)點(diǎn)，但一條總線(xiàn)上只允許一個(gè)串聯(lián)連接的MAX3816A。
• 可切換串聯(lián)和并聯(lián)模式：結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)模式的優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，又對(duì)非合規(guī)的DDC源和宿具有高容忍度，還可以與其他設(shè)備同時(shí)使用。
• 并聯(lián)模式：適用于中長(zhǎng)電纜傳輸，對(duì)非合規(guī)的DDC源和宿也具有較好的容忍度，但長(zhǎng)電纜反射可能會(huì)影響顯示電路。

六、總結(jié)

MAX3816A作為一款高性能的DDC*/I2C擴(kuò)展器，具有出色的電纜電容補(bǔ)償能力、多種工作模式和良好的電氣特性。無(wú)論是在顯示端應(yīng)用還是外部應(yīng)用中，都能為長(zhǎng)距離數(shù)字視頻傳輸提供可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)要求，選擇合適的工作模式和連接方式，以充分發(fā)揮MAX3816A的優(yōu)勢(shì)。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似的信號(hào)傳輸問(wèn)題？你會(huì)如何選擇合適的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。