解读SNx5DP149：3.4 Gbps DP++到HDMI的高性能Retimer

在当今的数字显示领域，随着高清、超高清显示技术的不断发展，对于高质量、高速率视频信号传输的需求也日益增长。SNx5DP149作为一款3.4 Gbps DP++到HDMI的Retimer，为解决视频信号传输中的诸多问题提供了有效的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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产品特性亮点

接口与速率兼容

SNx5DP149具备DisplayPort物理层输入端口到TMDS物理层输出端口，支持高达3.4 - Gbps的数据速率，这使其能够轻松应对Ultra HD（4K × 2K / 30 - Hz）8 - bits per color高分辨率视频以及1080p（1920 × 1080 / 60 - Hz）16 - bit color depth的HDTV信号传输。同时，它支持DisplayPort Dual - Mode Standard Version 1.1和HDMI1.4b Transmitter Electrical Parameters，确保了与多种显示设备和信号源的兼容性。

信号处理能力

• 集成功能：集成了TMDS Level Translator和CDR（时钟数据恢复），能够有效处理信号的转换和恢复，提高信号的质量。
• 均衡器：采用了自适应接收器均衡器和可编程固定均衡器，可根据不同的信号传输情况进行调整，补偿电缆或电路板的损耗，减少信号失真。
• 去加重功能：具备可选的去加重功能，能够补偿长电缆或高损耗电路板走线的衰减，进一步提升信号的完整性。

低功耗设计

在3.4 - Gbps Retimer模式下，典型功耗仅为390 mW，而在关机状态下功耗低至10 mW，这种低功耗特性使得它在各种应用场景中都能有效降低能源消耗，延长设备的续航时间。

其他特性

• 识别功能：集成了DVI和HDMI识别功能，能够自动识别不同的显示接口类型。
• 可编程性：支持I2C[4]和引脚绑定编程，为用户提供了灵活的配置方式。
• 温度范围：有工业温度范围（–40 to 85°C，SN65DP149）和扩展商业温度范围（0 to 85°C，SN75DP149）可供选择，满足不同环境下的使用需求。

应用场景广泛

SNx5DP149的应用场景十分丰富，涵盖了个人电脑市场、下一代适配器、台式电脑、笔记本电脑、 docking station HDTV以及独立显卡平板电脑等多个领域。无论是在主板应用还是Dongle应用中，它都能发挥重要作用，为视频信号的稳定传输提供保障。

产品详细剖析

工作原理

SNx5DP149作为一款双模式DisplayPort到TMDS的Retimer，能够将AC耦合的HDMI/DVI信号进行电平转换，转换为TMDS信号。在这个过程中，它通过接收器均衡器和重定时功能来补偿信号的损耗和抖动，确保输出信号的质量。

功能模块

从功能模块图中可以看到，它包含了HPD（热插拔检测）、时钟和数据通道、数据寄存器、PLL（锁相环）、控制模块以及I2C寄存器等多个部分。这些模块协同工作，实现了信号的接收、处理和输出。

特性描述

• 复位实现：当OE（操作使能/复位引脚）信号被拉低时，设备进入低功耗状态，所有控制信号输入被忽略，输入和输出呈高阻抗状态。在VCC电源达到最小推荐工作电压后，将OE信号从低电平转换为高电平，可实现设备的复位。为确保设备正确复位，OE引脚必须在至少100 - μs的时间内保持低电平。
• 操作时序：SNx5DP149在OE信号变为高电平后开始工作。在VDD和VCC稳定之前保持OE信号低电平，可以避免一些时序要求。在不同的工作模式下，如Retimer模式和Redriver模式，其时钟和数据恢复电路（CDR）的工作状态也有所不同。
• 输入通道：所有输入端口集成了标准的双模式DisplayPort终端，并在输入引脚前配备了预期的AC耦合电容，无需外部终端。每个输入数据通道都包含自适应或固定均衡器，以补偿电缆或电路板的损耗。同时，输入引脚具备故障保护电路，可防止电压超过绝对最大额定值。
• 调试工具：为了方便系统调试，SNx5DP149提供了两种调试方法。一种是TMDS错误检查器，可对每个数据通道的错误计数器进行递增，帮助用户了解信号源与设备之间的链路性能。另一种是通过I2C[4]链路下载数据，绘制眼图，评估输入信号的质量。
• 接收器均衡器：支持固定接收器均衡器和自适应接收器均衡器。通过设置EQ_SEL/A0引脚或使用I2C，可以选择不同的均衡模式。在自适应均衡模式下，增益会根据数据速率自动调整，以补偿可变的走线或电缆损耗。
• TMDS输出：建议在Vsadj引脚与地之间连接一个6.5 - kΩ的1%精密电阻，以使差分输出摆幅符合TMDS信号电平。差分输出驱动器在未启用源终端时，典型电流吸收能力为10 mA，可在50 - Ω终端电阻上产生典型的500 - mV电压降。
• 预加重/去加重：提供去加重功能，可补偿TMDS输出与接收器之间的ISI（符号间干扰）损耗。通过引脚绑定或I2C方式，可以设置不同的去加重电平。同时，还可以通过调整Vsadj电阻值和设置相应的寄存器，实现预加重功能。

功能模式

• Retimer模式：当像素时钟高于约100 - MHz时，Retimer自动激活，通过CDR电路对信号进行跟踪、采样和重定时，减少视频源到TMDS输出的抖动传输。在视频源改变分辨率时，内部Retimer会启动采集过程，确定输入时钟频率并锁定新的数据位流。
• Redriver模式：可通过I2C[4]在偏移地址0Ah的位1:0（DEV_FUNC_MODE）启用。在该模式下，CDR和PLL关闭，从而降低功耗，但抖动性能会有所下降，且不保证符合HDMI1.4b标准。

寄存器映射

SNx5DP149包含多个寄存器，用于配置设备的各种功能，如DP - HDMI适配器ID缓冲区、HDMI控制、均衡控制、眼图扫描控制等。通过对这些寄存器的设置，可以实现对设备的灵活配置和精确控制。

应用与设计要点

应用信息

在主板和Dongle应用中，SNx5DP149的连接方式和控制引脚的设置需要根据具体情况进行调整。同时，DDC（显示数据通道）的上拉电阻值需要根据I2C缓冲器的最大吸收电流和总线的最大过渡时间来确定，以确保信号的稳定传输。

典型应用设计

• 设计要求：为了使SNx5DP149正常工作，需要满足一些设计要求，如提供两个电压轨（VCC = 3.3 V，VDD = 1.1 V），OE引脚需连接一个0.1 - μF的电容到地，控制引脚的电平设置需要根据具体情况进行调整，Vsadj电阻推荐使用6.5 - kΩ，主链路AC去耦电容推荐使用100 nF等。
• 详细设计步骤：首先要确定GPU与HDMI/DVI连接器之间的损耗情况，根据损耗情况和信号摆幅确定SNx5DP149的最佳位置。然后，参考典型应用图，正确使用AC耦合电容和控制引脚电阻。同时，可根据需要配置接收器自适应均衡器或固定值均衡器，设置VOD（输出差分电压）、预加重、终端和边沿速率等参数，以满足电气合规性要求。

系统示例与合规测试

在进行合规测试时，不同的配置方式会影响测试结果。通过调整Vsadj电阻值、使用I2C进行参数设置以及设置预/去加重和摆率控制等功能，可以帮助系统通过发射器合规测试。例如，在使用I2C时，可以提供更多的微调能力，更容易实现HDMI1.4b合规。

电源与布局考虑

电源管理

SNx5DP149采用双电源供电，VCC为3.3 V，VDD为1.00 - 1.27 V。通过控制OE引脚和HPD_SNK信号，可以实现设备的电源管理。在电源关闭模式下，设备的功耗最低，但重新使能时可能需要重新编程。

布局指南

为了实现低EMI（电磁干扰）的PCB设计，建议使用至少四层的堆叠结构，六层结构更佳。高速输入DisplayPort走线和TMDS输出走线应布置在顶层，以避免过孔和不连续性，并确保走线的电气长度匹配，以减少信号的偏斜。同时，应将固态接地平面靠近高速信号层，以建立传输线互连的受控阻抗，并为返回电流提供低电感路径。

热考虑

在高K值电路板上，建议将PowerPAD焊接到热焊盘上，以确保设备在全温度范围内正常工作。在低K值电路板上，需要使用1 - oz Cu走线将GND引脚连接到热焊盘。

总结

SNx5DP149作为一款高性能的DP++到HDMI的Retimer，凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和灵活的配置方式，为数字显示领域的视频信号传输提供了可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求和系统环境，合理配置和使用这款产品，以充分发挥其性能优势。同时，在设计过程中，要充分考虑电源管理、布局和热等方面的因素，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。