DisplayPort轉(zhuǎn)DVI/HDMI信號的接口適配器

1　引言

　　DisplayPort為新一代影像顯示接口技術(shù)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(zhì)影像信號。迅速崛起的DisplayPort技術(shù)將可望承襲VGA與DVI接口的市場，成為PC領域的主流技術(shù)，與主導消費性電子領域的HDMI技術(shù)并駕齊驅(qū)。例如，蘋果公司已經(jīng)在其新款筆記本和監(jiān)視器產(chǎn)品上面全面應用mini-DisplayPort接口。

　　各種接口技術(shù)的并存創(chuàng)造了于接口間信號傳輸時信號轉(zhuǎn)換適配的需求，包括DisplayPort到DVI信號轉(zhuǎn)換適配器，DisplayPort到HDMI信號轉(zhuǎn)換適配器，DisplayPort到VGA信號轉(zhuǎn)換適配器。DisplayPort到DVI 或 HDMI信號轉(zhuǎn)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(jié)，并可完全滿足終端客戶對高質(zhì)量影像的需求。

　　2　DisplayPort到DVI / HDMI信號轉(zhuǎn)換原理

　　由于在DisplayPort推出之際，HDMI和DVI已經(jīng)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 InteRFace)是Digital Display Working Group (DDWG)的商標

　　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(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3所示。

圖3. 源端適配器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器從源端DP_PWR 3.3V電壓來產(chǎn)生DDC_5V (如果Vbias_RX不是3.3V，需要產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)換產(chǎn)品STHDLS101。應用STHDLS101芯片的適配器將DisplayPort雙模設備的輸入信號轉(zhuǎn)換成為TMDS信號輸出。它內(nèi)置的電平轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)換至高清多媒體(HDMI)信號

　　■ 數(shù)據(jù)速率：每通道2.7Gbps

　　■ 內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)換

　　■ 為 HDMI/DVI接口上熱拔插端口（HPD）提供5V至3.3V電平轉(zhuǎn)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）