PTN3392：2 通道 DisplayPort 转 VGA 适配器 IC 设计全解析

在显示接口转换的领域中，NXP 推出的 PTN3392 2 通道 DisplayPort 转 VGA 适配器 IC 无疑是一款值得深入研究的产品。它能够将 DisplayPort 信号源连接到 VGA 接收器，为众多显示设备的连接提供了有效的解决方案。下面我们就来详细剖析这款 IC 的各项特性和设计要点。

文件下载：PTN3392BS,518.pdf

一、PTN3392 概述

PTN3392 集成了 DisplayPort 接收器和高速三路视频数模转换器，支持从 VGA 到 WUXGA 的显示分辨率。它支持 1 或 2 条 DisplayPort v1.1a 通道，每条通道的数据速率可以是 2.7 Gbit/s 或 1.62 Gbit/s。此外，它还具备 “Flash-over-AUX” 功能，方便在现场进行固件升级。该芯片采用单电源设计，可直接从 DisplayPort 源端的 3.3 V 电源供电，无需额外的核心电压调节器，在无有效 DisplayPort 源数据传输时，VGA 输出会自动断电，还能通过负载感应来检测显示器连接状态并向源端报告。

二、特性与优势

2.1 VESA 兼容的 DisplayPort v1.1a 转换器

• 主链路：支持 1 通道和 2 通道模式，每条通道有 2.7 Gbit/s 的高比特率（HBR）和 1.62 Gbit/s 的降低比特率（RBR）两种速率可选，误码率（BER）优于 10⁻⁹，同时支持向下扩展的扩频时钟（SSC）。
• 1 MHz 辅助通道：支持原生 AUX CH 语法和通过 AUX CH 语法的 I²C 总线，还能向源端发送热插拔检测（HPD）信号，这种设计对于 VGA 应用来说成本效益极高。

2.2 DDC 通道输出

支持 100 kbit/s 的 I²C 总线速度，并可通过 DisplayPort 源端的 DPCD 寄存器控制 I²C 总线速度，方便使用更长的 VGA 电缆。“I²C Over Aux” 功能则全面支持 MCCS、DDC - CI 和 DDC 协议。

2.3 模拟视频输出

符合 VSIS 1.2 标准，采用模拟 RGB 电流源输出，具备 VSYNC 和 HSYNC 输出，像素时钟最高可达 240 MHz，配备三路 8 位数模转换器（DAC），可直接驱动双端 75 Ω 负载，输出标准的 700 mV（峰 - 峰）信号。

2.4 通用特性

• 固件升级：支持 “Flash - over - AUX” 现场升级功能。
• 显示器检测：可检测显示器的存在，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，包括多种不同的像素时钟速率和颜色位数，如 6、8 位颜色直接支持，10、12、16 位颜色可截断为 8 位最高有效位（MSB）支持，并且支持所有 VGA 比色格式（RGB）。
• 电源模式：不同分辨率下功耗不同，如 UXGA 162 MHz 像素时钟时约 600 mW，SXGA 108 MHz 像素时钟时约 500 mW，低功耗模式或链路训练开始前约 40 mW。
• 其他特性：内置晶体振荡器，配合外部 27 MHz 晶体使用，具备 ESD 保护，7 kV ESD HBM JEDEC 和 8 kV ESD HBM IEC 61000 - 4 - 2，工作温度范围为 0 °C 至 85 °C，采用 48 引脚 HVQFN 封装。

三、应用场景

• 转接器 PC 配件：可作为连接 PC DisplayPort 输出和 RGB 显示器的转接器，通过 DisplayPort 连接器上的 DP_PWR 引脚供电。
• 台式机和笔记本电脑：实现 DisplayPort 接口到 VGA 接口的转换，方便连接旧款显示器。
• 笔记本扩展坞：为笔记本提供更多的显示接口选择。

四、订购信息

PTN3392 有不同的型号，如 PTN3392BS 和 PTN3392BS/FX，分别使用最新固件版本和特定固件版本。订购时需注意不同型号对应的可订购部件编号、封装、包装方式、最小订购数量和工作温度范围等信息。

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功能模块的连接关系，包括视频 DAC 子系统、RX PHY、模拟子系统、等时链路、RX PHY 数字部分等，清晰地呈现了信号处理和转换的流程。

5.2 引脚信息

• 引脚配置：HVQFN48 封装的 PTN3392 有特定的引脚排列，不同引脚具有不同的功能，如电源引脚、信号输入输出引脚等。
• 引脚描述：详细说明了每个引脚的类型和功能，例如 VDDD 为数字核心 3.3 V 电源引脚，VDDA 为模拟 AUX、偏置和 PLL 3.3 V 电源引脚等。同时，对于一些特殊引脚，如 S0 - S3 引脚，其不同的电平设置会影响芯片的工作模式，如 S0 引脚的不同电平决定了 HPD 信号的输出方式。

六、功能描述

6.1 DisplayPort 主链路

由双端、交流耦合的差分对组成，内部集成了 50 Ω 内部校准的终端电阻，支持 2.7 Gbit/s 的 HBR 和 1.62 Gbit/s 的 RBR 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，芯片集成了 AUX CH 应答器（或从设备），响应 DisplayPort 源 AUX CH 请求器（或主设备）发起的事务，采用 Manchester - II 编码进行信号传输。

6.3 DPCD 寄存器

是 DisplayPort 配置数据寄存器，源端可通过辅助通道访问 PTN3392 的内部 DPCD 寄存器，以控制显示器的 DDC 控制总线。PTN3392 有特定的 DPCD 寄存器，如 0000Bh、0000Ch 等，不同寄存器有不同的功能和读写属性，并且可以通过这些寄存器控制 I²C 总线速度。

6.4 显示器检测

通过负载感应电路在垂直消隐期间检测 RGB 显示器的连接状态，检测到连接后会动态更新 DPCD 寄存器 00200h 和 00204h，并通过 HPD 中断向源端报告。S0 引脚的不同电平决定了 HPD 信号的输出方式，S0 为低电平时，无论是否检测到 VGA 显示器，HPD 都为高电平；S0 为高电平时，只有检测到显示器时 HPD 才为高电平。

6.5 EDID 处理

PTN3392 能将 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 源端。源端需根据 EDID 中声明的视频模式选择合适的视频模式，并调整 DisplayPort 链路能力以提供必要的视频带宽。

6.6 三路 8 位视频 DAC 和 VGA 输出

DAC 输出 700 mV（峰 - 峰）的模拟视频信号到 37.5 Ω 负载，芯片生成 RGB 视频定时和同步信号，将 RGB 信号发送到 DAC 进行数模转换。DAC 参考电阻需在 RSET 引脚和模拟地之间连接一个 1.2 kΩ ± 1% 的外部电阻，以设置参考电流，确定模拟输出电平。

七、上电和复位

PTN3392 内置上电复位电路，在 RESET_N 引脚和地之间连接一个 1 μF 的电容可减缓内部复位脉冲。在链路建立前，VSYNC 和 HSYNC 信号为低电平，RGB 信号被消隐；初始化期间，HPD 信号为低电平，指示芯片未准备好进行链路通信，同时禁用 RED、GRN、BLU 及其互补输出，VSYNC 和 HSYNC 输出也为低电平。

八、应用设计信息

8.1 显示分辨率

PTN3392 支持多种显示分辨率和时钟速率，不同分辨率对应的像素时钟和数据速率不同。2 通道 HBR DisplayPort v1.1a 链路的可用带宽限制了像素时钟速率的支持范围，如 6 位颜色深度时为 240 MHz，8 位颜色深度时为 180 MHz。

8.2 电源滤波

所有电源引脚可连接到单个 3.3 V 电源，每个 VDD 引脚应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，如在转接器内部和 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、限制值和推荐工作条件

9.1 限制值

包括模拟和数字电源电压的范围、输入电压范围、存储温度范围以及静电放电电压等参数，如模拟电源电压 VDDA 范围为 - 0.3 V 至 + 3.8 V，数字电源电压 VDDD 范围为 - 0.3 V 至 + 4.6 V 等。

9.2 推荐工作条件

规定了模拟和数字电源电压的典型值、输入电压范围、RSET 引脚的外部电阻值以及环境温度范围等，如模拟和数字电源电压典型值为 3.3 V，环境温度商业级为 0 °C 至 85 °C。

十、特性参数

详细列出了芯片的各种特性参数，包括电流消耗、功率耗散、热特性、DisplayPort 接收器主链路和辅助通道的各项电气参数、HPD 和 DDC 特性、DAC 特性、HSYNC 和 VSYNC 特性、引脚特性等。例如，正常工作时 UXGA 162 MHz 像素时钟下的电源电流典型值为 180 mA，功率耗散典型值为 600 mW 等。

十一、封装和焊接信息

11.1 封装

采用 HVQFN48 封装，为塑料热增强型超薄四方扁平无引脚封装，有 48 个引脚，尺寸为 7 mm × 7 mm × 0.85 mm。

11.2 焊接

介绍了波峰焊和回流焊两种焊接方法的特点和适用范围。波峰焊适用于通孔元件和一些表面贴装器件，但对于一些有焊球的封装和引脚间距较小的器件不适用；回流焊则适用于各种类型的封装。同时，还提到了焊接过程中的关键特性，如电路板规格、封装 footprint、湿度敏感度等级等。对于 HVQFN48 封装，还给出了 PCB footprint 的具体尺寸信息。

十二、总结

PTN3392 作为一款功能强大的 DisplayPort 转 VGA 适配器 IC，具有丰富的特性和广泛的应用场景。在设计过程中，工程师需要根据其各项参数和特性，合理选择工作模式、电源配置、焊接方式等，以确保芯片能够稳定、高效地工作。同时，在使用过程中也需要注意其限制值和推荐工作条件，避免因超出范围而导致芯片损坏。大家在实际应用中遇到过哪些关于 PTN3392 的问题呢？欢迎在评论区交流分享。