MAX3815：DVI/HDMI电缆的TMDS数字视频均衡器

引言

在数字视频传输领域，信号的质量和传输距离一直是工程师们关注的重点。随着高清显示技术的不断发展，如DVI、HDMI等接口的广泛应用，如何确保信号在长距离传输过程中不出现失真、衰减等问题，成为了一个亟待解决的难题。MAX3815作为一款专门为DVI/HDMI电缆设计的TMDS数字视频均衡器，为解决这一问题提供了有效的解决方案。

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产品概述

MAX3815能够自动对DVI™、HDMI™、DFP、PanelLink®和ADC电缆进行补偿，将可用电缆距离延长至36米。它专为均衡以过渡最小化差分信号（TMDS®）格式编码的信号而设计，具有四个CML差分输入和输出（三个数据通道和一个时钟通道），还提供了一个失锁信号（LOS）输出，用于指示时钟信号丢失。此外，该器件的输出具备禁用功能，也可以将均衡器断电以节省功耗。对于直接的芯片间通信，输出驱动器可以切换到DVI输出规格的一半，以节省功耗并降低电磁干扰（EMI）。均衡功能可以自动进行，也可以针对特定的电缆应用进行手动控制。

产品特性

延长传输距离

• 能够将TMDS电缆的传输距离延长至投影仪或显示器，支持DVI、DFP、PanelLink、ADC或HDMI接口。
• 不同规格的DVI电缆下的传输距离不同：24 AWG屏蔽双绞线（STP）可达0 - 50米；28 AWG STP可达0 - 36米；30 AWG STP可达0 - 30米。

兼容性强

• 兼容多种DTV分辨率，如480i、480p、720p、1080i和1080p。
• 兼容多种计算机分辨率，如VGA、SVGA、XGA、SXGA、UXGA。

自动均衡

在825MHz（1.65Gbps）下可实现高达40dB的全自动均衡，无需系统控制。

低功耗

采用3.3V电源供电，典型功耗为0.6W。

封装形式

采用7mm x 7mm、48引脚的TQFP - EP封装，工作温度范围为0°C至 +70°C。

应用领域

• 前投影仪DVI/HDMI输入：确保投影仪能够接收远距离传输的高质量视频信号。
• 高清电视和显示器：提升显示设备的信号质量，减少信号失真。
• DVI - D/HDMI电缆扩展模块和有源电缆组件：延长电缆的有效传输距离。
• LCD计算机显示器：为计算机显示器提供稳定的信号输入。

电气特性

电源相关特性

• 电源电流：在PWRDWN为高电平和低电平时，分别有不同的电流值，典型值在165 - 230mA之间。
• 电源噪声容限：在DC至500kHz范围内，电源噪声容限可达200mV P - P。

均衡器性能

• 残余输出抖动：在不同的皮肤效应损耗条件下（如825MHz时24dB、40dB、1dB的皮肤效应损耗），残余输出抖动最大为0.2 UI。
• CID容限：为20位。

控制和状态特性

• CLKLOS断言电平：在EQ输入处，当165MHz时钟的差分峰 - 峰值为50mV P - P时，CLKLOS引脚会有相应的电平变化。

CML输入和输出特性

• 差分输入电压摆幅：在电缆输入处，差分输入电压摆幅为800 - 1400mV P - P。
• 共模输入电压：范围为VCC - 0.4V至VCC + 0.1V。
• 输入电阻：单端输入电阻为45 - 55Ω。
• 差分输出电压摆幅：OUTLEVEL为高电平时，50Ω负载下，差分输出电压摆幅为800 - 1200mV P - P；OUTLEVEL为低电平时，为350 - 650mV P - P。

引脚说明

MAX3815的引脚功能丰富多样，不同的引脚承担着不同的任务：

• 电源引脚（VCC）：所有的VCC引脚都必须连接到电源，为芯片提供稳定的电源供应。
• 数据和时钟输入引脚（RXn_IN±、RXC_IN±）：用于接收CML格式的差分数据和时钟信号。
• 控制引脚（EQCONTROL、CLKLOS、PWRDWN、OUTLEVEL、OUTON）：
  • EQCONTROL引脚可用于控制均衡器的工作模式，如自动均衡、最小均衡或手动控制均衡水平。
  • CLKLOS引脚用于指示时钟信号丢失。
  • PWRDWN引脚可将芯片断电以节省功耗。
  • OUTLEVEL引脚用于选择输出信号的幅度。
  • OUTON引脚用于控制输出的启用和禁用。
• 数据和时钟输出引脚（RXn_OUT±、RXC_OUT±）：输出经过均衡处理后的CML格式的差分数据和时钟信号。
• 接地引脚（GND）：为芯片提供接地参考。

详细工作原理

CML输入缓冲器和输出驱动器

输入缓冲器和输出驱动器采用电流模式逻辑（CML）实现。输出驱动器为开集电极结构，可以通过OUTON引脚关闭，也可以通过OUTLEVEL引脚将输出信号幅度设置为标准DVI电平的一半。

失锁信号检测器

失锁信号检测器通过CLKLOS引脚指示时钟信号丢失。当RXC_IN引脚的信号功率低于阈值时，CLKLOS引脚输出低电平；当输入电压足够时（通常差分峰 - 峰值大于100mV P - P），CLKLOS引脚输出高电平。

自适应均衡器

三个数据通道各自包含一个独立的自适应均衡器，每个通道会分析输入信号，并确定需要应用的均衡量。

限幅放大器

限幅放大器对自适应均衡器输出的信号进行放大，并对波形的顶部和底部进行截断，为输出驱动器提供干净的高低电平信号。

应用信息

信号恢复

典型的屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）电缆会出现皮肤效应损耗，导致TMDS信号的高频频谱衰减，最终可能导致数据错误或信号眼图闭合。MAX3815通过补偿均衡来恢复数据并打开信号眼图。

接口组成

基本的TMDS接口由四个差分串行链路组成：三个链路各自传输高达1.65Gbps的串行数据，第四个链路是一个十分之一速率（0.1x）的时钟，最高工作频率为165MHz。对于需要超高分辨率的应用（如QXGA），则使用“双链路”TMDS接口，由六个数据链路和一个时钟组成，需要两个MAX3815芯片，时钟信号同时连接到两个芯片。

功能应用

• 失锁信号输出（CLKLOS）：可用于指示传输链路中的问题，如电缆损坏、驱动器故障或与均衡器的连接丢失。
• 静噪功能：可以通过将CLKLOS输出通过反相器连接到OUTON引脚来实现。当时钟信号丢失时，CML输出将被静噪。
• 输出电平控制（OUTLEVEL）：用户可以通过该引脚选择标准输出幅度（1000mV P - P差分）或一半输出幅度（500mV P - P差分）。
• 均衡器控制（EQCONTROL）：用户可以通过该引脚以三种方式控制均衡：将引脚接地设置为自动均衡模式；将引脚设置为VCC / 2设置为最小均衡；将电压设置在VCC - 1V至VCC之间实现手动控制均衡水平。
• 电源关闭（PWRDWN）：该引脚可将芯片断电以降低系统功耗。正常工作时将引脚置高，断电时将引脚置低，断电时芯片功耗约为10mA。
• 输出启用（OUTON）：该引脚为LVTTL输入，置低时启用输出，置高时将输出设置为差分零。

电缆选择和布局考虑

电缆选择

TMDS性能在很大程度上取决于电缆质量。双绞线（STP或UTP）内的差分 - 共模转换（或反之）可能会导致确定性抖动（DJ），通常是由于电缆绞合或介质不平衡造成的。因此，在选择电缆时，需要参考相关的应用笔记，如“Jitter Happens” when a Twisted Pair is Unbalanced，以确保电缆的质量。

布局考虑

为了最大限度地提高MAX3815的性能，在布局时需要注意以下几点：

• 数据和时钟输入应直接连接在电缆连接器和芯片之间，避免使用分支。
• 输入和输出数据通道的指定仅作为参考，极性分配可以交换，通道路径可以互换。
• 在高速I/O下方应设置不间断的接地平面。
• 接地路径过孔应靠近芯片和输入/输出接口，以提供到芯片和DVI电缆的回流路径。
• 保持进入和离开MAX3815的100Ω差分传输线阻抗。
• 使用良好的高频布局技术和具有不间断接地平面的多层电路板，以最小化EMI和串扰。

总结

MAX3815作为一款功能强大的TMDS数字视频均衡器，在数字视频传输领域具有重要的应用价值。它能够有效延长电缆传输距离，提高信号质量，同时具备多种控制功能和低功耗特性。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和场景，合理选择电缆和进行布局设计，以充分发挥MAX3815的性能优势。你在使用MAX3815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。