探索TMDS351：一款高性能3 - TO - 1 DVI/HDMI开关芯片

在当今数字化飞速发展的时代，数字视频接口的应用无处不在，如数字电视、数字投影仪等设备。TI公司的TMDS351作为一款3 - TO - 1 DVI/HDMI开关芯片，在数字视频切换领域展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：tmds351.pdf

芯片特性亮点

兼容性与信号处理能力

TMDS351兼容HDMI 1.3a标准，支持高达2.5 Gbps的信号传输速率，能够实现480i/p、720i/p和1080i/p分辨率，且色彩深度可达12位。这意味着它可以轻松应对高清视频信号的传输，为用户带来清晰、绚丽的视觉体验。

集成化设计优势

芯片集成了接收器终端电阻，无需外部额外添加终端电阻，简化了电路设计。同时，它还具备可选择的接收器均衡功能，能够适应不同长度的输入电缆，有效补偿信号在传输过程中的损耗，确保信号的稳定传输。

电气性能与保护机制

在电气性能方面，TMDS351的对内偏差（Skew <40 ps）和对外偏差（Skew <65 ps）都控制在极小范围内，保证了信号的同步性。此外，它的HBM ESD保护超过8 kV，能够有效防止静电对TMDS输入的损害，提高了芯片的可靠性和稳定性。

电源与封装设计

芯片的TMDS I/O采用3.3 - V固定电源供电，而HPD、DDC和源选择电路则使用5 - V固定电源。这种双电源设计可以满足不同电路模块的需求。它采用64 - Pin TQFP封装，符合ROHS标准，且能够承受260°C的回流焊温度，方便进行电路板的组装和焊接。

功能原理剖析

端口切换与信号传输

TMDS351是一款3端口数字视频接口开关，允许将最多3个DVI或HDMI端口切换到单个显示终端。每个端口支持四个TMDS通道、一个热插拔检测器和一个数字显示控制（DDC）接口。当通过控制引脚S1和S2进行不同的电平组合时，可以实现不同端口的选择和切换，同时还能控制输入终端电阻的连接和断开。

接收器均衡与电源管理

芯片为不同长度的电缆提供了两级接收器输入均衡。当EQ引脚设置为低电平时，接收器支持短距离HDMI电缆的输入连接；当EQ引脚设置为高电平时，则支持长距离HDMI电缆。在电源管理方面，当系统处于待机模式且没有数字音视频内容输入时，可以关闭3.3 - V电源电压(V{CC})，以降低TMDS输入、输出和内部开关电路的功耗，而HPD、DDC和源选择电路则由5 - V电源电压(V{DD})供电，维持系统的热插拔检测响应和DDC链路。

应用设计要点

电源供应

TMDS351需要两个不同的电源，3.3 - V的(V{CC})为TMDS电路供电，5 - V的(V{DD})为HPD、DDC和大部分控制逻辑供电。建议为TMDS351的TMDS电路和输出终端电压提供相同的3.3 - V电源，这样可以减少ESD保护电路的漏电流。在数字电视待机模式下，合理控制3.3 - V电源的开关状态，能够进一步降低设备的功耗。

TMDS输入与输出设计

在TMDS输入方面，芯片为所有十二个差分输入提供了可选择的频率响应均衡电路，以支持短距离和长距离电缆连接。内部的终端电路可以根据端口的选择进行开关控制，当端口被选中时，为每个差分输入引脚提供50 - Ω的电阻，无需外部终端。为了防止TMDS输入输出振荡，可以通过外部偏置的方式实现故障保护。在TMDS输出方面，建议使用一个10%精度的4.02 - kΩ电阻来控制输出摆幅，使其符合HDMI标准的400 mV至600 mV范围（典型值为500 mV）。在待机模式下，TMDS输出处于高阻抗状态。

HPD与DDC通道设计

HPD电路由5 - V电源供电，为源设备提供5 - V TTL输出信号，典型输出电阻为1 - kΩ，无需外部添加1 - kΩ电阻。选中源端口的HPD输出跟随HPD_SINK输入的逻辑电平，未选中的HPD输出保持低电平。在待机模式下，所有HPD输出跟随HPD_SINK。DDC电路（SDA、SCL）同样由5 - V电源供电，I/O引脚可以直接连接到5 - V终端电压。建议在SCL1、SCL2和SCL3引脚添加一个47 - kΩ上拉电阻到5 V，而SDA引脚则不需要上拉电阻。

布局注意事项

对于TMDS351来说，高速差分TMDS输入是最关键的路径。在电路板布局时，需要保持100 - Ω的差分传输线阻抗，确保信号在进出芯片时的稳定性。在高速I/O下方保持不间断的接地平面，并且使接地路径过孔尽可能靠近芯片，以提供最短的回流路径。同时，要尽量缩短连接器和芯片之间TMDS信号的走线长度，减少信号的损耗和干扰。

不同CEC链路系统中的应用

支持被动CEC链路的数字电视

在这种应用场景下，数字电视本身不具备处理CEC信号的能力，但允许CEC信号通过CEC总线。源选择由数字电视的控制命令完成，用户无法通过CEC总线上的音频/视频产品强制发出命令。选中的源在接收到有效的HPD信号后读取E - EDID数据，微控制器通过S1和S2引脚在切换源时加载不同的CEC物理地址。

支持主动CEC链路的数字电视

在这种应用中，数字电视增加了CEC PHY和CEC LOGIC功能，能够发起和响应来自遥控器或其他音频/视频产品的CEC信号。所有源设备必须有自己的CEC物理地址，以支持CEC链路的完整功能。根据源设备TMDS线的耦合方式不同（AC耦合或DC耦合），以及源设备是否具备检测接收器终端的能力，可以采用不同的方法来通知源设备它已被选中。

TMDS351以其出色的性能和丰富的功能，为数字视频接口的切换应用提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，电子工程师需要根据具体的应用场景和需求，合理运用芯片的各项特性，注意电源、布局、输入输出等方面的设计要点，以充分发挥芯片的优势，实现稳定、高效的数字视频切换功能。你在使用类似芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。