探索PTN3392：2通道DisplayPort转VGA适配器IC的设计与应用

在当今多样化的显示设备连接需求中，DisplayPort到VGA的转换显得尤为重要。NXP的PTN3392作为一款专业的2通道DisplayPort转VGA适配器IC，为我们提供了强大而可靠的解决方案。今天，我们就来深入探讨这款IC的各项特性、功能及应用设计要点。

文件下载：PTN3392BS,518.pdf

一、产品概述

PTN3392的主要任务是将DisplayPort源设备与VGA接收设备连接起来。它集成了DisplayPort接收器和高速三路视频数模转换器（DAC），支持从VGA到WUXGA的多种显示分辨率。该IC支持1或2个DisplayPort v1.1a通道，每个通道的数据速率可选2.7 Gbit/s（HBR）或1.62 Gbit/s（RBR），并且具备“Flash-over-AUX”功能，方便在现场进行固件升级。同时，它支持通过AUX通道实现I2C总线通信，还能将VESA DDC通道桥接到DisplayPort接口。在电源设计上，它采用单电源供电，可直接从DisplayPort源端的3.3 V电源获取电力，无需额外的核心电压调节器，当没有有效的DisplayPort源数据传输时，VGA输出会自动断电，并且能够通过负载感应检测显示器连接状态并向源设备报告。

二、特性与优势

2.1 VESA兼容的DisplayPort v1.1a转换器

• 通道模式与速率：支持1通道和2通道模式，每个通道的HBR模式速率为2.7 Gbit/s，RBR模式速率为1.62 Gbit/s，误码率（BER）优于10⁻⁹，还支持降频扩频时钟（SSC）。
• AUX通道：1 MHz的AUX通道，支持原生AUX CH语法和通过AUX CH的I²C总线语法。
• 热插拔检测：向源设备发送热插拔检测（HPD）信号，这种设计对于VGA应用来说具有很高的成本效益。

2.2 DDC通道输出

支持100 kbit/s的I²C总线速度，可通过DisplayPort源设备的DPCD寄存器控制I²C总线速度，方便使用更长的VGA电缆。同时，通过I²C Over Aux功能，能全面支持MCCS、DDC - CI和DDC协议。

2.3 模拟视频输出

• 标准兼容性：所有支持的视频输出模式都符合VSIS 1.2标准。
• 输出类型：采用模拟RGB电流源输出，提供VSYNC和HSYNC输出信号。
• 像素时钟：像素时钟最高可达240 MHz，配备三路8位DAC，能够直接驱动双端75 Ω负载，输出标准的700 mV（峰 - 峰值）信号。

2.4 通用特性

• 固件升级：支持“Flash - over - AUX”现场固件升级。
• 显示器检测：能够检测显示器的存在，通过HPD IRQ和DPCD更新报告连接/断开状态。
• 分辨率支持：支持从VGA到WUXGA的所有显示分辨率，包括多种颜色深度（6、8位直接支持，10、12、16位可截断为8位最高有效位支持）和所有VGA色度格式（RGB）。
• 功耗模式：不同分辨率下的功耗不同，如在UXGA / 162 MHz像素时钟时约为600 mW，在SXGA / 108 MHz像素时钟时约为500 mW，在低功耗模式或链路训练开始前约为40 mW。
• 晶振：内置晶体振荡器，可与外部27 MHz晶体配合使用。
• ESD保护：具备7 kV ESD HBM JEDEC和8 kV ESD HBM IEC 61000 - 4 - 2的静电放电保护能力。
• 电源与封装：采用3.3 V ± 10 %电源供电，工作温度范围为0 °C至85 °C，采用48引脚HVQFN封装，尺寸为7 mm × 7 mm × 0.85 mm，引脚间距0.5 mm，无铅封装。

三、应用场景

PTN3392主要应用于各种转接器（Dongle），如连接PC的DisplayPort输出和RGB显示器的VGA电缆转接器，它由DisplayPort连接器上的DP_PWR引脚供电。此外，还适用于台式机、笔记本电脑以及笔记本电脑扩展坞等设备。

四、订购信息

4.1 型号与封装

提供PTN3392BSU和PTN3392BS/FX等型号，均采用HVQFN48封装，这是一种塑料热增强型超薄四方扁平无引脚封装，有48个引脚。

4.2 订购选项

不同型号对应不同的可订购部件编号，如PTN3392BSU对应的是PTN3392BS,518，PTN3392BS/FX对应的是PTN3392BS/FX,518等。订购时的包装方式为13英寸卷轴Q1/T1标准标记SMD干燥包装，最小订购数量为4000，工作温度范围为0 °C至85 °C。

五、功能框图与引脚信息

5.1 功能框图

PTN3392的功能框图展示了其内部各个模块的连接和工作关系，有助于我们理解其整体工作原理。

5.2 引脚配置与描述

• 引脚配置：采用HVQFN48封装的引脚配置图清晰地展示了各个引脚的位置。
• 引脚描述：详细说明了每个引脚的功能，包括电源引脚（如VDDD、VDDA等）、DisplayPort信号引脚（如MLO_P、MLO_N等）、RGB DAC输出引脚（如BLU、BLU_N等）、DDC引脚（如SCL、SDA等）以及其他杂项引脚（如RESET_N、CLK_O等）。不同引脚的功能和使用注意事项对于正确设计电路至关重要。

六、功能描述

6.1 DisplayPort主链路

由双端AC耦合差分对组成，内部集成了50 Ω内部校准的终端电阻，支持HBR和RBR两种速率。

6.2 DisplayPort辅助通道

是DisplayPort发送器和接收器之间的半双工双向通道，由一个差分对以1 Mbit/s的速率传输自时钟数据。PTN3392集成了AUX CH应答器（从设备），响应DisplayPort源AUX CH请求器（主设备）发起的事务。

6.3 DPCD寄存器

DPCD寄存器用于报告DisplayPort接收器的能力和链路状态信息，DisplayPort源设备可以通过AUX通道读取和写入这些寄存器来配置和初始化链路。PTN3392有特定的DPCD寄存器设置，如接收器能力字段和链路配置字段的相关寄存器，不同的位值对应不同的I²C总线速度等信息。

6.4 显示器检测

通过负载感应电路检测显示器的连接和断开状态，在垂直消隐期间进行检测，避免对屏幕图像造成干扰。检测到显示器连接后，会动态更新DPCD寄存器并通过HPD信号通知源设备。HPD信号的处理方式由S0引脚的值决定，不同的S0引脚状态对应不同的HPD行为。

6.5 EDID处理

PTN3392将DP I²C Over AUX请求转换为显示器DDC总线上的I²C信号，将显示器的EDID读取数据通过I²C Over AUX响应返回给DP源设备。源设备需要根据EDID选择合适的视频模式并调整DisplayPort链路能力。

6.6 三路8位视频DAC和VGA输出

DAC输出700 mV（峰 - 峰值）的模拟视频信号到37.5 Ω负载，能够支持双端75 Ω电缆。PTN3392生成RGB视频时序和同步信号，将RGB信号发送到DAC进行数模转换。DAC的参考电阻需要连接在RSET引脚和模拟地之间，阻值为1.2 kΩ ± 1 %，以确定模拟输出电平。

七、上电与复位

PTN3392内置上电复位电路，自动完成复位和初始化过程。为了保证正常工作，需要在RESET_N引脚和地之间连接一个电容（推荐1 μF）来减缓内部复位脉冲。在链路建立之前，VSYNC和HSYNC信号保持低电平，RGB信号被消隐。在初始化过程中，HPD信号为低电平，指示DisplayPort源设备PTN3392尚未准备好进行链路通信，同时禁用RGB输出和VSYNC、HSYNC输出。

八、应用设计要点

8.1 显示分辨率

PTN3392支持多种显示分辨率和时钟速率，具体信息在表5中列出。不同的分辨率和颜色深度对像素时钟速率有不同的要求，例如在2通道HBR DisplayPort v1.1a链路中，6位颜色深度时像素时钟速率最高支持240 MHz，8位颜色深度时最高支持180 MHz。

8.2 电源滤波

所有电源引脚可以连接到单个3.3 V电源，每个VDD引脚需要直接连接足够的去耦电容到地，以过滤电源噪声。

8.3 DAC终端

推荐DAC输出采用75 Ω双端终端，在转接器内部和RGB显示器内部各使用一个75 Ω终端，负载感应机制基于这种双端终端设计。

九、极限值与推荐工作条件

9.1 极限值

包括模拟电源电压、数字电源电压、输入电压、存储温度、静电放电电压等参数的极限值，超过这些极限值可能会对设备造成永久性损坏。

9.2 推荐工作条件

规定了模拟电源电压、数字电源电压、输入电压、RSET引脚外部电阻、环境温度等参数的推荐范围，在这些范围内使用可以保证设备的正常性能和可靠性。

十、特性参数

10.1 电流消耗、功耗和热特性

列出了正常工作和待机模式下的电源电流、功耗以及热阻等参数，帮助我们了解设备的能耗和散热情况。

10.2 DisplayPort接收器主链路特性

包括单位间隔、链路时钟降频扩展、差分输入峰 - 峰值电压、接收器眼图时间、DC共模电压、短路电流限制、总偏斜、抖动跟踪带宽等参数，这些参数对于评估DisplayPort信号的接收质量和性能至关重要。

10.3 DisplayPort接收器AUX CH特性

涵盖了AUX通道的单位间隔、预充电脉冲数量、总线停车时间、周期到周期抖动时间、差分峰 - 峰值电压、终端DC电阻、DC共模电压、短路电流限制、AC耦合电容等参数，确保AUX通道的正常通信。

10.4 HPD特性、DDC特性、DAC特性、HSYNC和VSYNC特性、Strap引脚特性以及JTAG和RESET_N特性

分别规定了这些引脚和模块的电气特性，如输出电压、输入电压、泄漏电流、输出电流、分辨率、时钟频率等参数，为电路设计提供了详细的参考。

十一、封装与焊接

11.1 封装外形

采用HVQFN48封装，详细的封装尺寸和外形图有助于我们进行PCB布局设计。

11.2 焊接工艺

介绍了表面贴装器件（SMD）的焊接方法，包括波峰焊和回流焊。波峰焊适用于通孔元件和一些表面贴装元件，但对于细间距SMD不太适用；回流焊则更适合小间距和高密度的元件。同时，还提到了焊接过程中的一些关键特性，如电路板规格、封装焊盘、湿度敏感性、元件放置、检查和修复以及无铅焊接与SnPb焊接的区别等。不同的焊接工艺和参数选择会直接影响焊接质量和设备的可靠性。

总结

PTN3392作为一款功能强大的DisplayPort转VGA适配器IC，在显示设备连接领域具有广泛的应用前景。通过深入了解其特性、功能和应用设计要点，我们能够更好地利用这款IC进行电路设计，满足不同用户的需求。在实际应用中，我们还需要根据具体的设计要求和环境条件，合理选择参数和工艺，确保设备的稳定运行。大家在使用PTN3392的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。