PTN3392：2 通道 DisplayPort 轉(zhuǎn) VGA 適配器 IC 設(shè)計(jì)全解析

在顯示接口轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域中，NXP 推出的 PTN3392 2 通道 DisplayPort 轉(zhuǎn) VGA 適配器 IC 無(wú)疑是一款值得深入研究的產(chǎn)品。它能夠?qū)?DisplayPort 信號(hào)源連接到 VGA 接收器，為眾多顯示設(shè)備的連接提供了有效的解決方案。下面我們就來(lái)詳細(xì)剖析這款 IC 的各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、PTN3392 概述

PTN3392 集成了 DisplayPort 接收器和高速三路視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，支持從 VGA 到 WUXGA 的顯示分辨率。它支持 1 或 2 條 DisplayPort v1.1a 通道，每條通道的數(shù)據(jù)速率可以是 2.7 Gbit/s 或 1.62 Gbit/s。此外，它還具備 “Flash-over-AUX” 功能，方便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行固件升級(jí)。該芯片采用單電源設(shè)計(jì)，可直接從 DisplayPort 源端的 3.3 V 電源供電，無(wú)需額外的核心電壓調(diào)節(jié)器，在無(wú)有效 DisplayPort 源數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，VGA 輸出會(huì)自動(dòng)斷電，還能通過負(fù)載感應(yīng)來(lái)檢測(cè)顯示器連接狀態(tài)并向源端報(bào)告。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 VESA 兼容的 DisplayPort v1.1a 轉(zhuǎn)換器

• 主鏈路：支持 1 通道和 2 通道模式，每條通道有 2.7 Gbit/s 的高比特率（HBR）和 1.62 Gbit/s 的降低比特率（RBR）兩種速率可選，誤碼率（BER）優(yōu)于 10??，同時(shí)支持向下擴(kuò)展的擴(kuò)頻時(shí)鐘（SSC）。
• 1 MHz 輔助通道：支持原生 AUX CH 語(yǔ)法和通過 AUX CH 語(yǔ)法的 I2C 總線，還能向源端發(fā)送熱插拔檢測(cè)（HPD）信號(hào)，這種設(shè)計(jì)對(duì)于 VGA 應(yīng)用來(lái)說(shuō)成本效益極高。

2.2 DDC 通道輸出

支持 100 kbit/s 的 I2C 總線速度，并可通過 DisplayPort 源端的 DPCD 寄存器控制 I2C 總線速度，方便使用更長(zhǎng)的 VGA 電纜。“I2C Over Aux” 功能則全面支持 MCCS、DDC - CI 和 DDC 協(xié)議。

2.3 模擬視頻輸出

符合 VSIS 1.2 標(biāo)準(zhǔn)，采用模擬 RGB 電流源輸出，具備 VSYNC 和 HSYNC 輸出，像素時(shí)鐘最高可達(dá) 240 MHz，配備三路 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），可直接驅(qū)動(dòng)雙端 75 Ω 負(fù)載，輸出標(biāo)準(zhǔn)的 700 mV（峰 - 峰）信號(hào)。

2.4 通用特性

• 固件升級(jí)：支持 “Flash - over - AUX” 現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)功能。
• 顯示器檢測(cè)：可檢測(cè)顯示器的存在，通過 HPD IRQ 和 DPCD 更新報(bào)告連接/斷開狀態(tài)。
• 分辨率支持：支持從 VGA 到 WUXGA 的所有顯示分辨率，包括多種不同的像素時(shí)鐘速率和顏色位數(shù)，如 6、8 位顏色直接支持，10、12、16 位顏色可截?cái)酁?8 位最高有效位（MSB）支持，并且支持所有 VGA 比色格式（RGB）。
• 電源模式：不同分辨率下功耗不同，如 UXGA 162 MHz 像素時(shí)鐘時(shí)約 600 mW，SXGA 108 MHz 像素時(shí)鐘時(shí)約 500 mW，低功耗模式或鏈路訓(xùn)練開始前約 40 mW。
• 其他特性：內(nèi)置晶體振蕩器，配合外部 27 MHz 晶體使用，具備 ESD 保護(hù)，7 kV ESD HBM JEDEC 和 8 kV ESD HBM IEC 61000 - 4 - 2，工作溫度范圍為 0 °C 至 85 °C，采用 48 引腳 HVQFN 封裝。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

• 轉(zhuǎn)接器 PC 配件：可作為連接 PC DisplayPort 輸出和 RGB 顯示器的轉(zhuǎn)接器，通過 DisplayPort 連接器上的 DP_PWR 引腳供電。
• 臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦：實(shí)現(xiàn) DisplayPort 接口到 VGA 接口的轉(zhuǎn)換，方便連接舊款顯示器。
• 筆記本擴(kuò)展塢：為筆記本提供更多的顯示接口選擇。

四、訂購(gòu)信息

PTN3392 有不同的型號(hào)，如 PTN3392BS 和 PTN3392BS/FX，分別使用最新固件版本和特定固件版本。訂購(gòu)時(shí)需注意不同型號(hào)對(duì)應(yīng)的可訂購(gòu)部件編號(hào)、封裝、包裝方式、最小訂購(gòu)數(shù)量和工作溫度范圍等信息。

五、功能框圖與引腳信息

5.1 功能框圖

PTN3392 的功能框圖展示了其內(nèi)部各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系，包括視頻 DAC 子系統(tǒng)、RX PHY、模擬子系統(tǒng)、等時(shí)鏈路、RX PHY 數(shù)字部分等，清晰地呈現(xiàn)了信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換的流程。

5.2 引腳信息

• 引腳配置：HVQFN48 封裝的 PTN3392 有特定的引腳排列，不同引腳具有不同的功能，如電源引腳、信號(hào)輸入輸出引腳等。
• 引腳描述：詳細(xì)說(shuō)明了每個(gè)引腳的類型和功能，例如 VDDD 為數(shù)字核心 3.3 V 電源引腳，VDDA 為模擬 AUX、偏置和 PLL 3.3 V 電源引腳等。同時(shí)，對(duì)于一些特殊引腳，如 S0 - S3 引腳，其不同的電平設(shè)置會(huì)影響芯片的工作模式，如 S0 引腳的不同電平?jīng)Q定了 HPD 信號(hào)的輸出方式。

六、功能描述

6.1 DisplayPort 主鏈路

由雙端、交流耦合的差分對(duì)組成，內(nèi)部集成了 50 Ω 內(nèi)部校準(zhǔn)的終端電阻，支持 2.7 Gbit/s 的 HBR 和 1.62 Gbit/s 的 RBR 速率。

6.2 DisplayPort 輔助通道

是 DisplayPort 發(fā)送器和接收器之間的半雙工、雙向通道，由一個(gè)差分對(duì)以 1 Mbit/s 的速率傳輸自時(shí)鐘數(shù)據(jù)，芯片集成了 AUX CH 應(yīng)答器（或從設(shè)備），響應(yīng) DisplayPort 源 AUX CH 請(qǐng)求器（或主設(shè)備）發(fā)起的事務(wù)，采用 Manchester - II 編碼進(jìn)行信號(hào)傳輸。

6.3 DPCD 寄存器

是 DisplayPort 配置數(shù)據(jù)寄存器，源端可通過輔助通道訪問 PTN3392 的內(nèi)部 DPCD 寄存器，以控制顯示器的 DDC 控制總線。PTN3392 有特定的 DPCD 寄存器，如 0000Bh、0000Ch 等，不同寄存器有不同的功能和讀寫屬性，并且可以通過這些寄存器控制 I2C 總線速度。

6.4 顯示器檢測(cè)

通過負(fù)載感應(yīng)電路在垂直消隱期間檢測(cè) RGB 顯示器的連接狀態(tài)，檢測(cè)到連接后會(huì)動(dòng)態(tài)更新 DPCD 寄存器 00200h 和 00204h，并通過 HPD 中斷向源端報(bào)告。S0 引腳的不同電平?jīng)Q定了 HPD 信號(hào)的輸出方式，S0 為低電平時(shí)，無(wú)論是否檢測(cè)到 VGA 顯示器，HPD 都為高電平；S0 為高電平時(shí)，只有檢測(cè)到顯示器時(shí) HPD 才為高電平。

6.5 EDID 處理

PTN3392 能將 DP I2C Over AUX 請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為顯示器 DDC 總線上的 I2C 信號(hào)，將顯示器的 EDID 讀取數(shù)據(jù)通過 I2C Over AUX 響應(yīng)返回給 DP 源端。源端需根據(jù) EDID 中聲明的視頻模式選擇合適的視頻模式，并調(diào)整 DisplayPort 鏈路能力以提供必要的視頻帶寬。

6.6 三路 8 位視頻 DAC 和 VGA 輸出

DAC 輸出 700 mV（峰 - 峰）的模擬視頻信號(hào)到 37.5 Ω 負(fù)載，芯片生成 RGB 視頻定時(shí)和同步信號(hào)，將 RGB 信號(hào)發(fā)送到 DAC 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。DAC 參考電阻需在 RSET 引腳和模擬地之間連接一個(gè) 1.2 kΩ ± 1% 的外部電阻，以設(shè)置參考電流，確定模擬輸出電平。

七、上電和復(fù)位

PTN3392 內(nèi)置上電復(fù)位電路，在 RESET_N 引腳和地之間連接一個(gè) 1 μF 的電容可減緩內(nèi)部復(fù)位脈沖。在鏈路建立前，VSYNC 和 HSYNC 信號(hào)為低電平，RGB 信號(hào)被消隱；初始化期間，HPD 信號(hào)為低電平，指示芯片未準(zhǔn)備好進(jìn)行鏈路通信，同時(shí)禁用 RED、GRN、BLU 及其互補(bǔ)輸出，VSYNC 和 HSYNC 輸出也為低電平。

八、應(yīng)用設(shè)計(jì)信息

8.1 顯示分辨率

PTN3392 支持多種顯示分辨率和時(shí)鐘速率，不同分辨率對(duì)應(yīng)的像素時(shí)鐘和數(shù)據(jù)速率不同。2 通道 HBR DisplayPort v1.1a 鏈路的可用帶寬限制了像素時(shí)鐘速率的支持范圍，如 6 位顏色深度時(shí)為 240 MHz，8 位顏色深度時(shí)為 180 MHz。

8.2 電源濾波

所有電源引腳可連接到單個(gè) 3.3 V 電源，每個(gè) VDD 引腳應(yīng)直接連接足夠的去耦電容到地，以過濾電源噪聲。

8.3 DAC 終端

推薦 DAC 輸出采用 75 Ω 雙端終端，如在轉(zhuǎn)接器內(nèi)部和 RGB 顯示器內(nèi)部各使用一個(gè) 75 Ω 終端，負(fù)載感應(yīng)機(jī)制基于這種雙端終端設(shè)計(jì)。

九、限制值和推薦工作條件

9.1 限制值

包括模擬和數(shù)字電源電壓的范圍、輸入電壓范圍、存儲(chǔ)溫度范圍以及靜電放電電壓等參數(shù)，如模擬電源電壓 VDDA 范圍為 - 0.3 V 至 + 3.8 V，數(shù)字電源電壓 VDDD 范圍為 - 0.3 V 至 + 4.6 V 等。

9.2 推薦工作條件

規(guī)定了模擬和數(shù)字電源電壓的典型值、輸入電壓范圍、RSET 引腳的外部電阻值以及環(huán)境溫度范圍等，如模擬和數(shù)字電源電壓典型值為 3.3 V，環(huán)境溫度商業(yè)級(jí)為 0 °C 至 85 °C。

十、特性參數(shù)

詳細(xì)列出了芯片的各種特性參數(shù)，包括電流消耗、功率耗散、熱特性、DisplayPort 接收器主鏈路和輔助通道的各項(xiàng)電氣參數(shù)、HPD 和 DDC 特性、DAC 特性、HSYNC 和 VSYNC 特性、引腳特性等。例如，正常工作時(shí) UXGA 162 MHz 像素時(shí)鐘下的電源電流典型值為 180 mA，功率耗散典型值為 600 mW 等。

十一、封裝和焊接信息

11.1 封裝

采用 HVQFN48 封裝，為塑料熱增強(qiáng)型超薄四方扁平無(wú)引腳封裝，有 48 個(gè)引腳，尺寸為 7 mm × 7 mm × 0.85 mm。

11.2 焊接

介紹了波峰焊和回流焊兩種焊接方法的特點(diǎn)和適用范圍。波峰焊適用于通孔元件和一些表面貼裝器件，但對(duì)于一些有焊球的封裝和引腳間距較小的器件不適用；回流焊則適用于各種類型的封裝。同時(shí)，還提到了焊接過程中的關(guān)鍵特性，如電路板規(guī)格、封裝 footprint、濕度敏感度等級(jí)等。對(duì)于 HVQFN48 封裝，還給出了 PCB footprint 的具體尺寸信息。

十二、總結(jié)

PTN3392 作為一款功能強(qiáng)大的 DisplayPort 轉(zhuǎn) VGA 適配器 IC，具有豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)其各項(xiàng)參數(shù)和特性，合理選擇工作模式、電源配置、焊接方式等，以確保芯片能夠穩(wěn)定、高效地工作。同時(shí)，在使用過程中也需要注意其限制值和推薦工作條件，避免因超出范圍而導(dǎo)致芯片損壞。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些關(guān)于 PTN3392 的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。