DisplayPort轉DVI/HDMI信號的接口適配器
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1 引言
DisplayPort為新一代影像顯示接口技術的規(guī)格之一，可將筆記型計算機和消費電子設備連接到顯示器或者平板電視，傳遞高畫質影像信號。迅速崛起的DisplayPort技術將可望承襲VGA與DVI接口的市場，成為PC領域的主流技術，與主導消費性電子領域的HDMI技術并駕齊驅。例如，蘋果公司已經在其新款筆記本和監(jiān)視器產品上面全面應用mini-DisplayPort接口。
各種接口技術的并存創(chuàng)造了于接口間信號傳輸時信號轉換適配的需求，包括DisplayPort到DVI信號轉換適配器，DisplayPort到HDMI信號轉換適配器，DisplayPort到VGA信號轉換適配器。DisplayPort到DVI 或 HDMI信號轉換適配器讓配備DisplayPort的筆記本計算機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訊號連結，并可完全滿足終端客戶對高質量影像的需求。
2 DisplayPort到DVI / HDMI信號轉換原理
由于在DisplayPort推出之際，HDMI和DVI已經存在，所以DisplayPort源設備必須與現(xiàn)有的HDMI和DVI Sink設備能夠互操作。為滿足這個要求，實際上所有的DisplayPort數(shù)據(jù)源設備都是“雙?！痹O備，即同時支持DisplayPort（直接連接），并通過一個便宜的線纜適配器（“dongle”）來支持DVI/HDMI。
這將允許臺式或筆記本電腦只需遷移到一個輸出連接器類型，同時仍然支持老式顯示器或數(shù)字電視連接。在DisplayPort數(shù)據(jù)源設備的半導體器件中增加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。
對于DisplayPort的雙模設備，需要在DisplayPort接口部分標識一個圖標（如圖1所示），表示本設備不但只支持DisplayPort，還支持DVI 1.0或者HDMI。 在這個圖標中，“++”標識和DisplayPort標識表明了本設備支持雙模信號的能力。
圖 1. DisplayPort雙模設備的標志
DisplayPort是Video Electronics Standards Association (VESA)的商標
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
圖 2. DisplayPort到DVI/HDMI適配器
線纜適配器設置在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）的內部結構和工作原理如圖3所示。
圖3. 源端適配器的內部結構和工作原理
源端適配器應該包含以下電氣特性：
1). 對于差分信號進行電壓轉換的電路；
2). 對于顯示數(shù)據(jù)通道DDC信號的緩沖電路；
3). 對于顯示數(shù)據(jù)通道DDC時鐘和數(shù)據(jù)信號的上拉電阻；
4). 對于DisplayPort接口的13腳信號的上拉電阻，用于線纜適配器檢測；
5). 對于DisplayPort接口的14腳信號的上拉電阻，用于HDMI線纜適配器檢測（僅用于HDMI適配器）；
6). 升壓轉換器從源端DP_PWR 3.3V電壓來產生DDC_5V (如果Vbias_RX不是3.3V，需要產生Vbias_RX所需要的電壓) ；
7). 1個DisplayPort 1.1連接器；
8). １個DVI 1.0或HDMI (A類或C類) 插座連接器；
說明１：電壓轉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HDMI信號的適配器才需要的。對于DVI信號適配器，接口14管腳需要懸空。支持HDMI模式的雙模源端設備在14管腳上設置有超過5MΩ的下拉電阻，用于識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設備可能會將14管腳電壓拉低。
當一個源端適配器被雙模源端設備檢測到后，雙模設備會自動重配置DisplayPort接口的管腳定義，以適應DVI / HDMI信號模式，管腳的映射關系如表1所示。
表 1. 雙模設備中DisplayPort和DVI/HDMI的映射關系
對于一個雙模源端設備而言，監(jiān)視接口13管腳上的電壓值是可選的。通常情況下，雙模源端設備會先嘗試進行AUX CH讀操作。如果讀操作失敗，該雙模源端設備會進行DDC讀寫操作，用于檢測適配器是否連接。
對于DDC信號，雙模源端設備必須隔離AUX CH信號線上的耦合電容和DDC信號線。圖4給出了信號隔離的方法。
圖4. DDC 和 AUX CH信號連接
對于DP_PWR電壓，雙模源端設備必須將該電壓控制在+3.3V+/-10%范圍內。適配器將通過DP_PWR電壓對應生成DDC_5V電壓信號，如圖3所示。
3 DisplayPort到DVI / HDMI信號轉換適配器方案
意法半導體公司針對DisplayPort接口，推出了支持DVI與HDMI的電壓轉換產品STHDLS101。應用STHDLS101芯片的適配器將DisplayPort雙模設備的輸入信號轉換成為TMDS信號輸出。它內置的電平轉換器支持DVI 1.0和HDMI 1.3的信號電平標準。STHDLS101支持的最大數(shù)據(jù)速率達到每通道2.7Gbps，足夠支持顯示分辨率1080P（12-比特每通道），兼容HDMI 1.3標準。
圖5. STHDLS101芯片的功能框圖
圖6. STHDLS101芯片的應用框圖
圖7. STHDLS101芯片的內部框圖
STHDLS101的主要功能特性：
■ 將高速，低擺幅，四通道差分輸入信號轉換至高清多媒體(HDMI)信號
■ 數(shù)據(jù)速率：每通道2.7Gbps
■ 內置50歐姆輸入匹配電阻
■ 使能/去使能控制TMDS信號輸出以進入低功耗狀態(tài)
■ TMDS輸出信號斜率控制以降低EMI干擾
■ 透明的工作模式：無需配置和重新定時
■ 通道間信號偏差小于250 ps
■ 通道內信號偏差小于 10 ps
■ 為顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）端口提供5V至3.3V的雙向電平轉換
■ 為 HDMI/DVI接口上熱拔插端口（HPD）提供5V至3.3V電平轉換
■ 集成有HPD_SINK和OE_N信號線的下拉電阻
■ 3.3V電壓供電
■ 大于±6千伏的靜電保護能力（HBM）
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