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DisplayPort转DVI/HDMI信号的接口适配器

作者:时间:2009-11-13来源:网络收藏

  1 引言

  为新一代影像显示的规格之一,可将笔记型计算机和消费电子设备连接到显示器或者平板电视,传递高画质影像信号。迅速崛起的技术将可望承袭VGA与DVI接口的市场,成为PC领域的主流技术,与主导消费性电子领域的HDMI技术并驾齐驱。例如,苹果公司已经在其新款笔记本和监视器产品上面全面应用mini-接口。

  各种的并存创造了于接口间信号传输时信号转换适配的需求,包括DisplayPort到DVI信号转换,DisplayPort到HDMI信号转换,DisplayPort到VGA信号转换。DisplayPort到DVI 或 HDMI信号转换适配器让配备DisplayPort的笔记本计算机与显示器和平板电视之间拥有高度灵活性、稳定、具成本效益的DVI 或HDMI讯号连结,并可完全满足终端客户对高质量影像的需求。

  2 DisplayPort到DVI / HDMI信号转换原理

  由于在DisplayPort推出之际,HDMI和DVI已经存在,所以DisplayPort源设备必须与现有的HDMI和DVI Sink设备能够互操作。为满足这个要求,实际上所有的DisplayPort数据源设备都是“双模”设备,即同时支持DisplayPort(直接连接),并通过一个便宜的线缆适配器(“dongle”)来支持DVI/HDMI。

  这将允许台式或笔记本电脑只需迁移到一个输出连接器类型,同时仍然支持老式显示器或数字电视连接。在DisplayPort数据源设备的半导体器件中增加HDMI功能,系统成本增加并不大。由于电气接口是共享的,因此没有增加额外的硬件成本。

  对于DisplayPort的双模设备,需要在DisplayPort接口部分标识一个图标(如图1所示),表示本设备不但只支持DisplayPort,还支持DVI 1.0或者HDMI。 在这个图标中,“++”标识和DisplayPort标识表明了本设备支持双模信号的能力。

DisplayPort双模设备的标志

图 1. DisplayPort双模设备的标志

  DisplayPort是Video Electronics Standards Association (VESA)的商标

  DP++: Dual-Mode DisplayPort

  TMDS: Transition-Minimized Differential Signaling

  DVI (Digital Visual InteRFace)是Digital Display Working Group (DDWG)的商标

  HDMI (High Definition Multimedia Interface)是HDMI Licensing, LLC的商标

DisplayPort到DVI/HDMI适配器

图 2. DisplayPort到DVI/HDMI适配器

  线缆适配器设置在DisplayPort数据源端,如图2所示。DisplayPort数据源端的线缆适配器(下简称源端适配器)的内部结构和工作原理如图3所示。

源端适配器的内部结构和工作原理

图3. 源端适配器的内部结构和工作原理

  源端适配器应该包含以下电气特性:

  1). 对于差分信号进行电压转换的电路;

  2). 对于显示数据通道DDC信号的缓冲电路;

  3). 对于显示数据通道DDC时钟和数据信号的上拉电阻;

  4). 对于DisplayPort接口的13脚信号的上拉电阻,用于线缆适配器检测;

  5). 对于DisplayPort接口的14脚信号的上拉电阻,用于HDMI线缆适配器检测(仅用于HDMI适配器);

  6). 升压转换器从源端DP_PWR 3.3V电压来产生DDC_5V (如果Vbias_RX不是3.3V,需要产生Vbias_RX所需要的电压) ; 

  7). 1个DisplayPort 1.1连接器;

  8). 1个DVI 1.0或HDMI (A类或C类) 插座连接器;

  说明1:电压转换器的终端偏置电压Vbias_Rx并不一定是+3.3V。如果Vbias_Rx不是+3.3V,适配器必须自己生成Vbias_Rx所需要的电压。

  说明2:在接口14管脚上的26kΩ上拉电阻只是针对HDMI信号的适配器才需要的。对于DVI信号适配器,接口14管脚需要悬空。支持HDMI模式的双模源端设备在14管脚上设置有超过5MΩ的下拉电阻,用于识别适配器中的上拉电阻。需要说明的是,作为CEC协议的一部分,HDMI设备可能会将14管脚电压拉低。

  当一个源端适配器被双模源端设备检测到后,双模设备会自动重配置DisplayPort接口的管脚定义,以适应DVI / HDMI信号模式,管脚的映射关系如表1所示。

表 1. 双模设备中DisplayPort和DVI/HDMI的映射关系

双模设备中DisplayPort和DVI/HDMI的映射关系

  对于一个双模源端设备而言,监视接口13管脚上的电压值是可选的。通常情况下,双模源端设备会先尝试进行AUX CH读操作。如果读操作失败,该双模源端设备会进行DDC读写操作,用于检测适配器是否连接。

  对于DDC信号,双模源端设备必须隔离AUX CH信号线上的耦合电容和DDC信号线。图4给出了信号隔离的方法。

DisplayPort转DVI/HDMI信号的接口适配器

图4. DDC 和 AUX CH信号连接

  对于DP_PWR电压,双模源端设备必须将该电压控制在+3.3V+/-10%范围内。适配器将通过DP_PWR电压对应生成DDC_5V电压信号,如图3所示。

  3 DisplayPort到DVI / HDMI信号转换适配器方案

  意法半导体公司针对DisplayPort接口,推出了支持DVI与HDMI的电压转换产品STHDLS101。应用STHDLS101芯片的适配器将DisplayPort双模设备的输入信号转换成为TMDS信号输出。它内置的器支持DVI 1.0和HDMI 1.3的信号电平标准。STHDLS101支持的最大数据速率达到每通道2.7Gbps,足够支持显示分辨率1080P(12-比特每通道),兼容HDMI 1.3标准。

STHDLS101芯片的功能框图

图5. STHDLS101芯片的功能框图

STHDLS101芯片的应用框图

图6. STHDLS101芯片的应用框图

STHDLS101芯片的内部框图

图7. STHDLS101芯片的内部框图

  STHDLS101的主要功能特性:

  ■ 将高速,低摆幅,四通道差分输入信号转换至高清多媒体(HDMI)信号

  ■ 数据速率:每通道2.7Gbps

  ■ 内置50欧姆输入匹配电阻

  ■ 使能/去使能控制TMDS信号输出以进入低功耗状态

  ■ TMDS输出信号斜率控制以降低EMI干扰

  ■ 透明的工作模式:无需配置和重新定时

  ■ 通道间信号偏差小于250 ps

  ■ 通道内信号偏差小于 10 ps

  ■ 为显示数据通道(DDC)端口提供5V至3.3V的双向

  ■ 为 HDMI/DVI接口上热拔插端口(HPD)提供5V至3.3V

  ■ 集成有HPD_SINK和OE_N信号线的下拉电阻

  ■ 3.3V电压供电

  ■ 大于±6千伏的静电保护能力(HBM)



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