探索HD3SS213：5.4Gbps DisplayPort 1.2a 2:1和1:2差动开关的卓越性能

在当今高速数据传输的时代，对于高性能开关器件的需求日益增长。HD3SS213作为一款高速无源开关，在DisplayPort应用中展现出了卓越的性能。本文将深入探讨HD3SS213的特性、应用、技术参数以及设计要点，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、HD3SS213特性概述

HD3SS213器件具有众多令人瞩目的特性。它符合DisplayPort 1.2电气标准，能够实现2:1和1:2切换，最高支持5.4Gbps的数据速率，这使得它在高速数据传输方面表现出色。同时，它支持HPD、AUX和DDC信号的切换，为DisplayPort应用提供了全面的支持。

在动态特性方面，HD3SS213也有着优异的表现。在2.7GHz时，串扰低至 -50dB，隔离度达到 -25dB，插入损耗仅为 -1.5dB，回损为 -13dB，最大位间偏差为5ps。这些参数保证了信号的高质量传输，减少了信号干扰和失真。

此外，HD3SS213的工作温度范围为 -40°C至105°C，由一个电压为3.3V±10%的单电源供电运行，具有5mm × 5mm、50引脚nFBGA的封装选项，并且输出使能（OE）引脚可以禁用开关以省电，待机功耗小于30mW。

二、应用场景广泛

HD3SS213的应用场景十分广泛，常见于PC和笔记本电脑、平板电脑、联网外设和打印机等设备中。以主板为例，当主板包含两个需要驱动一个DisplayPort接收器的GPU时，HD3SS213可以通过Dx_SEL引脚选择GPU。另一个应用场景是一个源需要在两个接收器之间切换，如侧面连接器和扩展坞连接器，此切换操作由Dx_SEL和AUX_SEL引脚控制。

三、技术参数详解

1. 绝对最大额定值

在使用HD3SS213时，需要了解其绝对最大额定值。供应电压范围为 -0.5V至4V，差分I/O电压范围同样为 -0.5V至4V，控制引脚电压范围为 -0.5V至VoD + 0.5V。连续功率耗散需参考节6.4，工作自由空气温度范围为 -40°C至105°C，存储温度范围为 -65°C至150°C。超过这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

2. ESD等级

HD3SS213的人体模型（HBM）静电放电等级为 +2000V，带电设备模型（CDM）静电放电等级为 ±500V。这表明在处理和使用该器件时，需要采取适当的静电防护措施，以避免静电对器件造成损坏。

3. 推荐工作条件

推荐的供应电压Voo为3V至3.6V，典型值为3.3V。输入高电压VIH、输入低电压VIL等参数都有明确的范围要求。例如，控制引脚和信号引脚（Dx_SEL、AUX_SEL、OE、HPDx）的输入高电压VIH范围为2V至VDD，输入低电压VIL范围为 -0.1V至0.8V。了解这些推荐工作条件，有助于确保器件在正常工作状态下发挥最佳性能。

4. 热信息

热信息对于器件的稳定运行至关重要。HD3SS213的结到环境热阻RIJA为72.9°C/W，结到外壳（顶部）热阻RBJC(top)为35.9°C/W，结到电路板热阻RBJB为43.1°C/W。在设计电路板时，需要考虑这些热参数，以确保器件能够在合适的温度环境下工作。

5. 电气特性

在电气特性方面，HD3SS213在不同频率下的差动回损、串扰、隔离度和插入损耗等参数都有明确的规定。例如，在1.35GHz时，Dx差动回损为17dB，在2.7GHz时，串扰为 -50dB，隔离度为 -25dB，插入损耗为 -1.5dB。这些参数反映了器件在高速信号传输中的性能表现。

6. 时序要求

HD3SS213的时序要求包括开关传播延迟、Dx_SEL/AUX_SEL到开关的导通和关断时间等。开关传播延迟tpo最大为100ps，Dx_SEL/AUX_SEL到开关的导通和关断时间Ton和Toff典型值为0.7us，最大值为1us。了解这些时序要求，有助于在系统设计中确保信号的准确切换和传输。

四、功能特性与模式

1. 功能概述

HD3SS213是一款高速无源开关，采用50引脚nFBGA封装，由3.3V单电源供电，可在 -40°C至105°C的工业温度范围内工作。它是一种通用的4通道高速复用/解复用类型的开关，可用于在电路板上的两个不同位置之间路由高速信号。此外，它还支持USB 3.0和DisplayPort 1.2等多种高速数据协议。

2. 功能框图

HD3SS213的功能框图展示了其内部结构和信号传输路径。通过AUX_SEL和Dx_SEL引脚可以选择输入端口，从而实现信号的切换。

3. 特性描述

HD3SS213通过高带宽通道实现2:1或1:2的切换。AUX/DDC开关控制逻辑由AUX_SEL和Dx_SEL引脚控制，不同的引脚电平组合决定了不同的开关状态。例如，当AUX_SEL为L，Dx_SEL为L时，AUXC与AUXA相连，其他通道处于高阻状态。

4. 器件功能模式

HD3SS213可以在正常操作模式或关闭模式下运行。在正常操作模式下，输入端口根据控制逻辑路由到输出端口；在待机模式下，通过OE输入引脚将器件禁用，以实现省电，典型电流消耗为2.5µA。

五、应用与实现

1. 应用信息

在许多接口中，源和接收器之间需要进行交流耦合。推荐使用0402电容进行交流耦合，0603电容也可以使用，但应避免使用0805电容和C包。电容的放置应尽量对称，值为0.1µF最佳，并且±信号对的值必须匹配。交流耦合电容可以放置在源对或开关与接收器之间，但由于开关需要偏置电压，电容只能放置在开关的一侧。

2. 典型应用

2:1应用

在HD3SS213 AUX通道的2:1应用中，设计要求包括输入电压为3.3V，使用0.1uF的去耦电容和75nF至200nF的交流电容。详细设计过程包括将VDD和GND引脚连接到印刷电路板的电源和接地平面，并使用0.1-µF旁路电容；在AUX_SEL引脚使用VDD/2逻辑电平；在Dx_SEL引脚使用3.3-V TTL/CMOS逻辑电平以连接DAx到DCx，使用GND逻辑电平以连接DBx到DCx；使用受控阻抗传输介质传输所有差分信号，并确保接收到的互补信号的差分幅度小于1800mVPP，共模电压小于2V。

1:2应用

在1:2应用中，AUX通道由AUX_SEL引脚控制。当AUX_SEL = 0时，AUXA通道路由到AUXC；当AUX_SEL = 1时，AUXB通道路由到AUXC。

3. 电源供应建议

HD3SS213需要3.3V的电源。3.3-V电源（VDD）必须连接0.1-µF旁路电容到VSS（接地），以确保正常运行。建议每个电源端子使用一个电容，并将电容尽可能靠近器件的端子放置，同时尽量缩短走线长度。此外，还建议在电源端子上使用0.01µF的较小值电容。

六、布局设计要点

1. 布局指南

在布局设计时，应将高速差分信号走线布置在顶层，避免使用过孔，以减少电感的引入，并确保从DisplayPort连接器到中继器输入以及从中继器输出到后续接收器电路的互连清晰。在高速信号层旁边放置实心接地平面，可建立传输线互连的受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。

2. 差分走线准则

为了保持信号完整性和降低电磁干扰，在路由PCB走线时需要遵循一些准则。例如，通过在不匹配点引入小的弯曲校正来减少差分走线中的对内偏移；通过沿信号路径进行较大的弯曲校正来减少由组件放置和IC引脚排列引起的对间偏移；使用45°弯曲代替直角弯曲，以避免改变差分走线阻抗；在绕过物体时，将一对走线并行路由，避免分裂走线；将无源组件（如源匹配电阻或交流耦合电容）彼此相邻放置；在走线靠近过孔或在过孔阵列之间时，确保过孔间隙部分不会中断接地平面上的回流电流路径；避免在DisplayPort连接器的焊盘下方或之间使用金属层和走线，以实现更好的阻抗匹配；使用尽可能小的信号走线过孔和DisplayPort连接器焊盘，以减少对100Ω差分阻抗的影响；使用实心电源和接地平面进行100Ω阻抗控制，并减少电源噪声；使用尽可能小的走线间距以实现100Ω差分阻抗；尽量缩短DisplayPort连接器和DisplayPort设备之间的走线长度，以减少衰减；使用符合规格的优质DisplayPort连接器；在电源附近（如电压调节器或电源供应到PCB的位置）放置大容量电容（如10µF）；在器件处放置0.1-µF或0.01-µF的较小电容。

七、总结与思考

HD3SS213作为一款高性能的高速无源开关，在DisplayPort应用中具有显著的优势。其高速切换能力、优异的电气特性和灵活的应用模式，为电子工程师们提供了更多的设计选择。然而，在实际应用中，我们仍需注意一些问题，如静电放电防护、布局设计的合理性以及电源供应的稳定性等。电子工程师们在使用HD3SS213时，需要综合考虑这些因素，以确保系统的可靠性和性能。你在使用类似开关器件时，遇到过哪些挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。