MAX3815：DVI/HDMI電纜的TMDS數(shù)字視頻均衡器

引言

在數(shù)字視頻傳輸領(lǐng)域，信號的質(zhì)量和傳輸距離一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著高清顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，如DVI、HDMI等接口的廣泛應(yīng)用，如何確保信號在長距離傳輸過程中不出現(xiàn)失真、衰減等問題，成為了一個亟待解決的難題。MAX3815作為一款專門為DVI/HDMI電纜設(shè)計的TMDS數(shù)字視頻均衡器，為解決這一問題提供了有效的解決方案。

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產(chǎn)品概述

MAX3815能夠自動對DVI?、HDMI?、DFP、PanelLink?和ADC電纜進(jìn)行補(bǔ)償，將可用電纜距離延長至36米。它專為均衡以過渡最小化差分信號（TMDS?）格式編碼的信號而設(shè)計，具有四個CML差分輸入和輸出（三個數(shù)據(jù)通道和一個時鐘通道），還提供了一個失鎖信號（LOS）輸出，用于指示時鐘信號丟失。此外，該器件的輸出具備禁用功能，也可以將均衡器斷電以節(jié)省功耗。對于直接的芯片間通信，輸出驅(qū)動器可以切換到DVI輸出規(guī)格的一半，以節(jié)省功耗并降低電磁干擾（EMI）。均衡功能可以自動進(jìn)行，也可以針對特定的電纜應(yīng)用進(jìn)行手動控制。

產(chǎn)品特性

延長傳輸距離

• 能夠?qū)MDS電纜的傳輸距離延長至投影儀或顯示器，支持DVI、DFP、PanelLink、ADC或HDMI接口。
• 不同規(guī)格的DVI電纜下的傳輸距離不同：24 AWG屏蔽雙絞線（STP）可達(dá)0 - 50米；28 AWG STP可達(dá)0 - 36米；30 AWG STP可達(dá)0 - 30米。

兼容性強(qiáng)

• 兼容多種DTV分辨率，如480i、480p、720p、1080i和1080p。
• 兼容多種計算機(jī)分辨率，如VGA、SVGA、XGA、SXGA、UXGA。

自動均衡

在825MHz（1.65Gbps）下可實現(xiàn)高達(dá)40dB的全自動均衡，無需系統(tǒng)控制。

低功耗

采用3.3V電源供電，典型功耗為0.6W。

封裝形式

采用7mm x 7mm、48引腳的TQFP - EP封裝，工作溫度范圍為0°C至 +70°C。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 前投影儀DVI/HDMI輸入：確保投影儀能夠接收遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母哔|(zhì)量視頻信號。
• 高清電視和顯示器：提升顯示設(shè)備的信號質(zhì)量，減少信號失真。
• DVI - D/HDMI電纜擴(kuò)展模塊和有源電纜組件：延長電纜的有效傳輸距離。
• LCD計算機(jī)顯示器：為計算機(jī)顯示器提供穩(wěn)定的信號輸入。

電氣特性

電源相關(guān)特性

• 電源電流：在PWRDWN為高電平和低電平時，分別有不同的電流值，典型值在165 - 230mA之間。
• 電源噪聲容限：在DC至500kHz范圍內(nèi)，電源噪聲容限可達(dá)200mV P - P。

均衡器性能

• 殘余輸出抖動：在不同的皮膚效應(yīng)損耗條件下（如825MHz時24dB、40dB、1dB的皮膚效應(yīng)損耗），殘余輸出抖動最大為0.2 UI。
• CID容限：為20位。

控制和狀態(tài)特性

• CLKLOS斷言電平：在EQ輸入處，當(dāng)165MHz時鐘的差分峰 - 峰值為50mV P - P時，CLKLOS引腳會有相應(yīng)的電平變化。

CML輸入和輸出特性

• 差分輸入電壓擺幅：在電纜輸入處，差分輸入電壓擺幅為800 - 1400mV P - P。
• 共模輸入電壓：范圍為VCC - 0.4V至VCC + 0.1V。
• 輸入電阻：單端輸入電阻為45 - 55Ω。
• 差分輸出電壓擺幅：OUTLEVEL為高電平時，50Ω負(fù)載下，差分輸出電壓擺幅為800 - 1200mV P - P；OUTLEVEL為低電平時，為350 - 650mV P - P。

引腳說明

MAX3815的引腳功能豐富多樣，不同的引腳承擔(dān)著不同的任務(wù)：

• 電源引腳（VCC）：所有的VCC引腳都必須連接到電源，為芯片提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
• 數(shù)據(jù)和時鐘輸入引腳（RXn_IN±、RXC_IN±）：用于接收CML格式的差分?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信號。
• 控制引腳（EQCONTROL、CLKLOS、PWRDWN、OUTLEVEL、OUTON）：
  • EQCONTROL引腳可用于控制均衡器的工作模式，如自動均衡、最小均衡或手動控制均衡水平。
  • CLKLOS引腳用于指示時鐘信號丟失。
  • PWRDWN引腳可將芯片斷電以節(jié)省功耗。
  • OUTLEVEL引腳用于選擇輸出信號的幅度。
  • OUTON引腳用于控制輸出的啟用和禁用。
• 數(shù)據(jù)和時鐘輸出引腳（RXn_OUT±、RXC_OUT±）：輸出經(jīng)過均衡處理后的CML格式的差分?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信號。
• 接地引腳（GND）：為芯片提供接地參考。

詳細(xì)工作原理

CML輸入緩沖器和輸出驅(qū)動器

輸入緩沖器和輸出驅(qū)動器采用電流模式邏輯（CML）實現(xiàn)。輸出驅(qū)動器為開集電極結(jié)構(gòu)，可以通過OUTON引腳關(guān)閉，也可以通過OUTLEVEL引腳將輸出信號幅度設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)DVI電平的一半。

失鎖信號檢測器

失鎖信號檢測器通過CLKLOS引腳指示時鐘信號丟失。當(dāng)RXC_IN引腳的信號功率低于閾值時，CLKLOS引腳輸出低電平；當(dāng)輸入電壓足夠時（通常差分峰 - 峰值大于100mV P - P），CLKLOS引腳輸出高電平。

自適應(yīng)均衡器

三個數(shù)據(jù)通道各自包含一個獨(dú)立的自適應(yīng)均衡器，每個通道會分析輸入信號，并確定需要應(yīng)用的均衡量。

限幅放大器

限幅放大器對自適應(yīng)均衡器輸出的信號進(jìn)行放大，并對波形的頂部和底部進(jìn)行截斷，為輸出驅(qū)動器提供干凈的高低電平信號。

應(yīng)用信息

信號恢復(fù)

典型的屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）電纜會出現(xiàn)皮膚效應(yīng)損耗，導(dǎo)致TMDS信號的高頻頻譜衰減，最終可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤或信號眼圖閉合。MAX3815通過補(bǔ)償均衡來恢復(fù)數(shù)據(jù)并打開信號眼圖。

接口組成

基本的TMDS接口由四個差分串行鏈路組成：三個鏈路各自傳輸高達(dá)1.65Gbps的串行數(shù)據(jù)，第四個鏈路是一個十分之一速率（0.1x）的時鐘，最高工作頻率為165MHz。對于需要超高分辨率的應(yīng)用（如QXGA），則使用“雙鏈路”TMDS接口，由六個數(shù)據(jù)鏈路和一個時鐘組成，需要兩個MAX3815芯片，時鐘信號同時連接到兩個芯片。

功能應(yīng)用

• 失鎖信號輸出（CLKLOS）：可用于指示傳輸鏈路中的問題，如電纜損壞、驅(qū)動器故障或與均衡器的連接丟失。
• 靜噪功能：可以通過將CLKLOS輸出通過反相器連接到OUTON引腳來實現(xiàn)。當(dāng)時鐘信號丟失時，CML輸出將被靜噪。
• 輸出電平控制（OUTLEVEL）：用戶可以通過該引腳選擇標(biāo)準(zhǔn)輸出幅度（1000mV P - P差分）或一半輸出幅度（500mV P - P差分）。
• 均衡器控制（EQCONTROL）：用戶可以通過該引腳以三種方式控制均衡：將引腳接地設(shè)置為自動均衡模式；將引腳設(shè)置為VCC / 2設(shè)置為最小均衡；將電壓設(shè)置在VCC - 1V至VCC之間實現(xiàn)手動控制均衡水平。
• 電源關(guān)閉（PWRDWN）：該引腳可將芯片斷電以降低系統(tǒng)功耗。正常工作時將引腳置高，斷電時將引腳置低，斷電時芯片功耗約為10mA。
• 輸出啟用（OUTON）：該引腳為LVTTL輸入，置低時啟用輸出，置高時將輸出設(shè)置為差分零。

電纜選擇和布局考慮

電纜選擇

TMDS性能在很大程度上取決于電纜質(zhì)量。雙絞線（STP或UTP）內(nèi)的差分 - 共模轉(zhuǎn)換（或反之）可能會導(dǎo)致確定性抖動（DJ），通常是由于電纜絞合或介質(zhì)不平衡造成的。因此，在選擇電纜時，需要參考相關(guān)的應(yīng)用筆記，如“Jitter Happens” when a Twisted Pair is Unbalanced，以確保電纜的質(zhì)量。

布局考慮

為了最大限度地提高M(jìn)AX3815的性能，在布局時需要注意以下幾點(diǎn)：

• 數(shù)據(jù)和時鐘輸入應(yīng)直接連接在電纜連接器和芯片之間，避免使用分支。
• 輸入和輸出數(shù)據(jù)通道的指定僅作為參考，極性分配可以交換，通道路徑可以互換。
• 在高速I/O下方應(yīng)設(shè)置不間斷的接地平面。
• 接地路徑過孔應(yīng)靠近芯片和輸入/輸出接口，以提供到芯片和DVI電纜的回流路徑。
• 保持進(jìn)入和離開MAX3815的100Ω差分傳輸線阻抗。
• 使用良好的高頻布局技術(shù)和具有不間斷接地平面的多層電路板，以最小化EMI和串?dāng)_。

總結(jié)

MAX3815作為一款功能強(qiáng)大的TMDS數(shù)字視頻均衡器，在數(shù)字視頻傳輸領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。它能夠有效延長電纜傳輸距離，提高信號質(zhì)量，同時具備多種控制功能和低功耗特性。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇電纜和進(jìn)行布局設(shè)計，以充分發(fā)揮MAX3815的性能優(yōu)勢。你在使用MAX3815的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。