PI3HDX1204B1：HDMI 2.0 6Gbps 限幅重驱动器技术解析

在当今的电子设备中，高清视频传输变得越来越重要，HDMI 2.0 标准的出现满足了高带宽、高质量视频传输的需求。PI3HDX1204B1 作为一款适用于 HDMI 2.0 6.0 Gbps 的重驱动器，在视频传输领域有着重要的应用。本文将对 PI3HDX1204B1 进行详细的技术解析，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

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一、产品概述

PI3HDX1204B1 是一款 ReDriverTM 设备，适用于 HDMI 2.0 6.0 Gbps 的信号传输。它具有可编程的高均衡、输出摆幅和去加重控制模式，最大均衡值在 6Gbps 时可达 +22dB，相比传统的重驱动器设备，其附加抖动性能提高了 2 倍。此外，该设备还支持双模式 DisplayPort 电平转换应用，适用于 HDMI 2.0 兼容的输出信号。其 EQ/SW/去加重设置可以通过引脚绑定或 I2C 编程进行配置，以优化不同物理介质上的差分信号性能。

产品特点

1. HDMI 2.0 兼容性：作为限幅型重驱动器，可补偿长 TMDS 信号传输中的高插入损耗。
2. 双模式支持：支持双模式 DP HBR3 到 HDMI 2.0 的电平转换。
3. 低抖动性能：抖动性能是传统 CMOS 工艺重驱动器的两倍。
4. 可配置参数：输入均衡支持 16 级，最高可达 +22.2dB @ 3GHz (6 Gbps)，4 级去加重和 4 级输出电压摆幅设置。
5. 独立通道配置：每个通道的均衡、输出摆幅和去加重可独立配置。
6. 内置通道活动检测器：可选择 50Ω 到 VDD 或 200kΩ 到 VDD 的输入终端。
7. 编程模式支持：支持引脚绑定和 (I^{2} C) 可选的设备编程模式。
8. 电源和温度范围：电源电压为 3.3V，工作温度范围为 -40°C 到 85°C。
9. 环保特性：完全无铅，符合 RoHS 标准，无卤素和锑，是“绿色”设备。

应用领域

• 笔记本电脑、台式机和一体机：用于内部视频信号的传输和增强。
• HDMI 有源电缆：提高电缆的传输性能，减少信号衰减。
• 视频系统内部板连接：确保内部信号的稳定传输。

二、产品详细信息

2.1 修订历史

该产品的文档经历了多次修订，主要包括应用章节的参考原理图更新、封装引脚名称的修正、功能描述中的排版错误更正以及部分章节的更新，如描述、推荐操作条件和开关特性等。

2.2 相似产品比较

与 PI3HDX1204E 相比，PI3HDX1204B1 为限幅型重驱动器，在 6Gbps 时的均衡值为 22 dB，而 PI3HDX1204E 为线性型，均衡值为 10dB。此外，两者在 TMDS Tr/Tf 时间、输出 TMDS 峰 - 峰摆幅、应用位置等方面也存在差异。PI3HDX1204B1 适合靠近源端设备，而 PI3HDX1204E 适合靠近接收端设备。

三、引脚配置

PI3HDX1204B1 的引脚包括数据信号引脚、控制信号引脚和电源引脚。数据信号引脚用于 TMDS 信号的输入和输出，控制信号引脚用于 I2C 通信、电源使能和配置参数设置，电源引脚提供电源和接地。

引脚描述

引脚编号	引脚名称	类型	描述
5、4	A0RX+、A0RX-	I	通道 A0 的 TMDS 输入，内部有 50Ω 上拉和 ~200kΩ 上拉
35、34	A0TX+、A0TX-	O	通道 A0 的 TMDS 输出，内部有 50Ω 上拉和 ~2kΩ 上拉
19	SCL	I	I2C 时钟输入
18	SDA	I/O	I2C 数据输入/输出
20	PEN	I	电源使能，内部有 100KΩ 上拉
21	Pin_Mode	I	输入，内部有 100kΩ 上拉。高电平时，每个通道由外部引脚电压编程；低电平时，由 I2C 总线存储的数据编程
6、12、30、中心焊盘	GND	GND	接地引脚
3、9、15、24、27、33、36	VDD	PWR	电源引脚

四、功能描述

4.1 功能框图

PI3HDX1204B1 的功能框图包括输入缓冲、均衡、去加重、输出驱动和控制逻辑等部分。通过这些部分的协同工作，实现信号的增强和优化。

4.2 功能设置

1. 输出终端检测器：上电或 PEN 为真时，输出电阻设置为 2K 欧姆，输入电阻设置为 200K 欧姆。设备会持续检测每个通道上的外部 50 欧姆终端电阻。
2. 电源使能功能：可通过一个引脚控制或 I2C 控制。当 PEN 置低时，IC 进入掉电模式，输入和输出终端分别设置为 200K 和 2K。
3. 均衡设置：BST[3:0] 是每个通道均衡选择的引脚，不同的组合对应不同的均衡值。
4. 输出去加重设置：DE[1:0] 是去加重值的选择位，有 4 种不同的去加重设置。
5. 输出电压摆幅设置：VOD1、VOD0 是输出摆幅电压值的选择位，有 4 种不同的输出电压摆幅设置。

4.3 输出眼图变化

不同的均衡设置会影响输出眼图的宽度和高度。通过实验数据可以看出，随着输入走线长度的增加，需要更高的均衡值来保持良好的眼图质量。

五、I2C 编程

5.1 地址分配

I2C 地址由 A0、A1、A4 引脚控制，不同的字节对应不同的控制功能，如通道使能、均衡设置、输出电压摆幅设置和去加重设置等。

5.2 (I^{2} C) 数据传输序列

支持块读和块写操作，从最低字节开始。在写命令中，第二个字节可能会有一个偏移地址字节，在本应用中会被忽略。

六、电气特性

6.1 绝对最大额定值

包括电源电压、信号电压、输出电流、功耗、ESD 和存储温度等参数的最大额定值。超过这些值可能会对设备造成永久性损坏。

6.2 推荐操作条件

推荐的电源电压为 3.0 - 3.6V，I2C 总线的操作频率最高为 400kHz。

6.3 DC/AC 特性

包括 LVCMOS DC 规格、功耗、封装功率额定值、TMDS 差分引脚特性和开关特性等。例如，LVCMOS 输入逻辑高电平为 Vpp/2 + 0.7 Vpp + 0.3 V，输出逻辑高电平为 Vpp + 0.2 V。

6.4 I2C 总线

I2C 总线的参数包括总线电压、操作频率、输入输出逻辑电平、上拉电阻电流、输入泄漏电流、电容和时序等。

七、应用与实现

7.1 源端应用

PI3HDX1204B1 可接受 AC 耦合和 DC 耦合的主链路信号。在源端应用中，当双模式 DP 源连接到输入时，需要在输入侧放置 AC 耦合电容。此外，还需要考虑 ESD 保护、上升/下降时间控制和 VOFF 测试时的泄漏阻塞等问题。

7.2 接收端应用

PI3HDX1204B1 也可用于接收端应用，通过提供一系列的均衡设置来优化信号。

7.3 DC/AC 耦合应用

根据不同的应用需求，可以选择 DC 耦合或 AC 耦合的差分信号传输方式。

7.4 产品布局指南

包括 AC 耦合电容的放置、输出走线长度的控制、差分阻抗测试和 GND 过孔的设计等。例如，为了满足 TMDS 时钟的上升/下降时间要求，推荐源端应用中 PI3HDX1204B1 与 HDMI 连接器之间的 TMDS 走线长度为 1.5 - 4.5 英寸。

7.5 通用布局指南

在 PCB 布局中，需要注意电源和接地的设计、高速信号的布线以及避免信号反射和串扰等问题。例如，电源和接地引脚应直接连接到 PCB 的相应电源平面，避免通过电阻；高速信号的布线应采用合适的微带线或带状线结构，控制差分阻抗和走线长度。

7.6 CTS 测试报告

通过 HDMI 2.0 合规性测试设置和测试报告，可以验证 PI3HDX1204B1 在不同测试项目中的性能，如时钟抖动、眼图、上升/下降时间、占空比等。

八、机械/封装信息

8.1 机械尺寸

PI3HDX1204B1 采用 42 引脚 TQFN 封装，提供了详细的机械尺寸和推荐的焊盘图案。

8.2 部件标记信息

产品标记遵循标准的部件编号信息，速度代码标记在封装代码字母之后。

8.3 卷带和卷轴材料及设计

卷带采用导电聚苯乙烯加碳材料，表面电阻率最大为 (10^{6} Ohm/sq)；覆盖带采用抗静电透明聚酯薄膜，表面电阻率在 (10^{7} Ohm / Sq) 到 (10^{11} Ohm / sq) 之间；卷轴采用抗静电高冲击聚苯乙烯，表面电阻率在 (10^{7} Ohm / sq) 到 (10^{11} Ohm / sq) 之间。

总结

PI3HDX1204B1 是一款功能强大的 HDMI 2.0 重驱动器，具有高均衡、低抖动和可编程等特点。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的需求和设计要求，合理配置设备的参数，并注意 PCB 布局和测试等方面的问题，以确保设备的性能和稳定性。希望本文对大家了解和应用 PI3HDX1204B1 有所帮助。你在使用这款产品的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。