TDP20MB421：DisplayPort 2.1 应用的理想之选

在电子产品不断发展的今天，高速数据传输的需求日益增长，DisplayPort 2.1 作为新一代的显示接口标准，为高分辨率、高刷新率的显示设备提供了强大的支持。而在实现 DisplayPort 2.1 信号传输的过程中，TDP20MB421 这样的线性转接驱动器发挥着至关重要的作用。今天，我们就来详细了解一下德州仪器（TI）推出的 TDP20MB421。

文件下载：tdp20mb421.pdf

1. 产品概述

TDP20MB421 是一款具有集成 2:1 多路复用器的 4 通道线性转接驱动器，专为支持速率高达 20Gbps 的 DisplayPort 2.1 而设计。它不仅能支持嵌入式 (eDP) 和 DisplayPort 2.1 的各种速率模式，还能支持高达 24Gbps 的 DP++（也称为交流耦合 HDMI），是一款与协议无关的线性转接驱动器，可通过其他高达 20Gbps 的交流耦合接口来运行。

2. 特性亮点

2.1 高性能均衡与驱动能力

接收器部署了连续时间线性均衡器 (CTLE)，可提供可编程高频增强功能，有效打开因 PCB 布线等互连介质引起的码间串扰 (ISI) 而完全关闭的输入眼图。CTLE 接收器后跟一个线性输出驱动器，数据路径的线性度经过精心设计，能在保持 DisplayPort 接收器均衡有效的同时保留任何传输均衡。在 20Gbps(10GHz 奈奎斯特) 时具有出色的电气性能，如 19dB 均衡、1.8V 直流线性度、1.08V 交流线性度等。

2.2 低功耗设计

4 通道运行时，有功功率低至 720mW，待机功耗模式下的器件功耗仅为 23 - 36mW，这对于需要长时间运行的设备来说，能有效降低能耗，提高设备的续航能力。

2.3 高可靠性与稳定性

在量产期间实施了高速测试，确保可靠的高产量制造。具有低交流和直流增益变化，可在各种平台部署中提供一致的均衡功能。对 DisplayPort 1.4 和 2.1 链路训练透明，能有效实施链路训练，实现更优的电气链路和尽可能低的延迟。

2.4 灵活的配置方式

可通过引脚控制或 SMBus/I2C 进行器件配置，提供 18 个 EQ 增强设置和 5 个平坦增益设置，能满足不同应用场景的需求。

2.5 宽温度范围

温度范围为 -40°C 至 85°C，能适应各种恶劣的工作环境。

3. 引脚配置与功能

TDP20MB421 采用 3.5mm × 9mm 42 引脚 0.5mm 间距 WQFN 封装，其引脚配置丰富且灵活。例如，MODE 引脚可设置器件控制配置模式，EQ0/ADDR 和 EQ1 引脚可设置接收器线性均衡 CTLE，GAIN/SDA 引脚可设置平坦增益或作为 SMBus/I2C 数据引脚，PD 引脚可控制转接驱动器运行状态，SEL 引脚可选择多路复用器路径等。这些引脚的合理配置，能让工程师根据具体需求对器件进行定制化设置。

4. 规格参数

4.1 绝对最大额定值

明确了电源电压、I/O 电压、结温、贮存温度等参数的最大范围，超出这些范围运行可能会对器件造成损坏，在设计时需要严格遵守。

4.2 ESD 等级

人体放电模型 (HBM) 为 +2000V，充电器件模型 (CDM) 为 ±500V，具有一定的静电防护能力，但在实际使用中仍需注意静电放电的问题。

4.3 建议运行条件

对电源电压、电源噪声容限、VCC 电源斜坡时间、工作结温、工作环境温度等参数都给出了详细的建议范围，确保器件能在最佳状态下运行。

4.4 热性能信息

提供了结至环境热阻、结至外壳热阻、结至电路板热阻等热性能参数，有助于工程师在设计散热方案时进行参考。

4.5 电气特性

包括直流电气特性和高速电气特性，如器件有功功率、待机功耗、输入输出电压、回波损耗、线对间隔离、延迟、抖动等参数，这些参数直接影响着器件的性能表现。

4.6 SMBUS/I2C 时序特性

规定了从模式下的各种时序参数，如尖峰脉冲宽度、启动条件后的保持时间、时钟的高低电平周期等，确保 SMBus/I2C 通信的稳定性。

5. 详细说明

5.1 功能方框图

从功能方框图可以清晰地看到 TDP20MB421 的内部结构，每条信号通道独立工作，包含一个 CTLE 和一个线性输出驱动器，共同补偿源发送器和最终接收器之间的有损传输通道。

5.2 特性说明

• 5 电平控制输入：通过四个 5 电平输入引脚 (EQ1、EQ0、GAIN 和 MODE) 控制器件的配置，使用电阻分压器设置 5 个有效电平，提供更广泛的控制设置。
• 线性均衡：接收器的 CTLE 运用高频增强和低频衰减功能来均衡无源通道的频率制约型插入损耗，实现两级线性均衡器，提供广泛的均衡能力。在引脚模式下，设置针对 FR4 布线进行了优化；在 SMBus/I2C 模式下，EQ 曲线控制功能可用，可对各个通道进行独立编程以实现 EQ 增强。
• 平坦增益：在引脚模式下，GAIN 引脚可设置整体数据路径平坦增益；在 I2C 模式下，每个通道均可独立设置。大多数系统的默认建议是 GAIN = L4(悬空)，可提供 0dB 的平坦增益。

5.3 器件功能模式

• 工作模式：将 PD 引脚驱动至低电平，器件正常运行，可对 RX 信号进行转接驱动和均衡，提供更好的信号完整性。
• 待机模式：PD 引脚 = H 时，器件处于待机模式，节省电力。

5.4 编程

• 引脚模式：通过引脚搭接引脚可完全配置器件，使用 2 电平和 5 电平引脚实现器件控制和信号完整性优化设置。
• SMBus/I2C 寄存器控制接口：当 MODE = L2(SMBus/I2C 从控制模式) 时，可通过标准 I2C 或 SMBus 接口对器件进行配置。引脚搭接设置确定了 ADDR 和 MODE 引脚上的从地址，器件具有共享寄存器和通道寄存器，可实现器件级配置、状态回读、控制以及每个通道的特定功能配置。

6. 应用和实施

6.1 应用信息

TDP20MB421 可扩展因 PCB 和电缆等传输介质损耗而受损的差分通道的覆盖范围，可部署在各种不同的系统中，如台式计算机和主板、PC 笔记本电脑、平板电脑扩展坞、电视、游戏、家庭影院和娱乐系统、专业音频、视频和标牌、测试和测量、医疗等领域。

6.2 典型应用 - DP 2.1 主链路信号调节

• 设计要求：在设计过程中，需要使用 85Ω 阻抗布线，对差分线对进行长度匹配、保持一致的布线宽度和间距；将交流耦合电容器放置在靠近接收器端，使用合适容量和尺寸的电容器，并减少接地的寄生电容；背钻连接器过孔和信号过孔，使用参考平面过孔确保低电感路径。
• 详细设计过程：为四个 DP 主链路通道提供信号调节，与 DP 链路训练无关，可有效实施显示源和接收端之间的 DP 链路训练协商。DisplayPort 边带信号 AUXp,n 和 HPD 被旁路，可利用 PD 引脚控制待机运行。在某些应用中，微控制器可使用 I2C 寄存器进行额外的电源管理。
• 应用曲线：通过对比有无转接驱动器的符合性眼图，可以看出 TDP20MB421 能通过扩展水平和垂直眼开口来提供信号调节，有助于通过合规性测试。

6.3 电源相关建议

设计电源时应符合建议运行条件，不需要特殊的电源滤波，仅需进行标准的电源去耦，如每个 VCC 引脚一个 0.1μF 电容器、每个器件一个 1μF 大容量电容器以及每个电源总线一个 10μF 大容量电容器，并将本地去耦电容器尽可能靠近 VCC 引脚。

6.4 布局

• 布局指南：将去耦电容器尽可能靠近 VCC 引脚放置，紧密耦合、偏移匹配和阻抗控制高速差分信号，避免高速差分信号上的过孔，使用 GND 焊盘提升信号完整度，放置 GND 过孔提升导热性能。
• 布局示例：文档中提供了布局示例，可供工程师参考。

7. 器件和文档支持

7.1 接收文档更新通知

可导航至 ti.com 上的器件产品文件夹，点击通知进行注册，每周接收产品信息更改摘要。

7.2 支持资源

TI E2E™ 中文支持论坛是工程师获取解答和设计帮助的重要途径，可直接从专家处获得快速、经过验证的解答。

7.3 静电放电警告

静电放电 (ESD) 会损坏集成电路，在处理和安装时需要采取适当的预防措施。

7.4 术语表

TI 术语表列出并解释了相关术语、首字母缩略词和定义，方便工程师查阅。

总结

TDP20MB421 以其高性能、低功耗、灵活配置和广泛的应用场景，成为了 DisplayPort 2.1 应用中一款非常有竞争力的线性转接驱动器。作为电子工程师，在进行相关设计时，充分了解和合理利用 TDP20MB421 的特性和功能，能帮助我们设计出更优质、更稳定的产品。在实际应用过程中，你是否遇到过类似器件的使用难题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。