TMDS171/I 3.4 Gbps TMDS Retimer：高清视频接口的理想选择

在当今数字化时代，高清视频传输需求日益增长，对于数字视频接口的性能和稳定性提出了更高的要求。TMDS171/I 3.4 Gbps TMDS Retimer作为一款优秀的数字视频接口解决方案，为高清视频传输提供了可靠的保障。本文将详细介绍TMDS171/I的特点、应用以及设计要点，希望能为电子工程师们在相关设计中提供有价值的参考。

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一、产品概述

TMDS171是一款数字视频接口（DVI）或高清多媒体接口（HDMI）重定时器，支持四个TMDS通道、音频回传通道（SPDIF_IN/ARC_OUT）、热插拔检测（HPD）和数字显示控制（DDC）接口。它支持高达3.4 Gbps的信号速率，能够实现4k2k30p 24位像素的最高分辨率，以及WUXGA 12位色深或更高刷新率的1080p显示。TMDS171在低数据速率（< 1 Gbps）时可自动配置为驱动器，在高于该数据速率时则作为重定时器工作，并且兼容HDMI1.4b电气参数。

二、产品特性

2.1 高速数据传输

支持高达3.4 Gbps的数据速率，满足高清视频传输的需求，能够实现4k2k30p等超高分辨率的显示。

2.2 多种接口支持

具备四个TMDS通道、音频回传通道、热插拔检测和数字显示控制接口，为视频和音频传输提供了全面的支持。

2.3 自适应均衡

支持固定EQ增益控制或自适应均衡，可补偿不同长度的输入电缆或电路板走线造成的损耗，确保信号质量。

2.4 电源管理

采用双电源供电（1.2 V的VDD和3.3 V的VCC），并支持多种电源管理方法，可有效降低功耗。

2.5 模式切换

可自动在驱动器和重定时器模式之间切换，根据数据速率灵活调整工作模式。

2.6 温度范围

提供两种版本，分别支持扩展商业温度范围（0°C – 85°C，TMDS171）和工业温度范围（-40°C – 85°C，TMDS171I），满足不同应用场景的需求。

三、引脚配置与功能

TMDS171采用48引脚的7mm x 7mm 0.5 mm间距VQFN封装，各引脚具有明确的功能：

3.1 电源引脚

• VCC（引脚13、43）：3.3 V电源供应。
• VDD（引脚14、23、24、37、48）：1.2 V电源供应。
• GND（引脚7、19、41、30）和热焊盘：接地。

  3.2 主链路输入/输出引脚

• IN_D2p/n、IN_D1p/n、IN_D0p/n：通道2、1、0的差分输入。
• IN_CLKp/n：时钟差分输入。
• OUT_D2n/p、OUT_D1n/p、OUT_D0n/p：TMDS数据2、1、0的差分输出。

  3.3 热插拔检测引脚

• HPD_SRC：热插拔检测输出到源端。
• HPD_SNK：热插拔检测输入从接收端。

  3.4 音频回传通道和DDC引脚

• SPDIF_IN：SPDIF信号输入。
• ARC_OUT：音频回传通道输出。
• SDA_SRC、SCL_SRC：源端TMDS端口双向DDC数据线和时钟线。
• SDA_SNK、SCL_SNK：接收端TMDS端口双向DDC数据线和时钟线。

  3.5 控制引脚

• OE：操作使能/复位引脚，低电平为掉电模式，高电平为正常操作。
• SIG_EN：信号检测电路使能引脚。
• PRE_SEL：去加重控制引脚。
• EQ_SEL/A0：输入接收均衡引脚。
• I2C_EN/PIN：I2C控制模式选择引脚。
• SCL_CTL、SDA_CTL：I2C时钟和数据线。
• VSadj：TMDS输出电压摆幅控制引脚。

四、电气特性

4.1 电源特性

• 设备功耗在重定时器操作时典型值为675 mW，驱动器操作时典型值为400 mW，待机模式下典型值为50 mW，掉电模式下典型值为10 mW。
• VCC电源电流在TMDS 3.4 Gbps重定时器模式下典型值为140 mA，VDD电源电流在TMDS 3.4 Gbps重定时器模式下典型值为325 mA。

  4.2 TMDS输入特性

• TMDS数据通道数据速率范围为0.25 - 3.4 Gbps，时钟通道时钟速率范围为25 - 340 MHz。
• 输入时钟占空比为40% - 60%，输入时钟抖动容限为0.3 Tbit，输入数据抖动容限为150 ps。

  4.3 TMDS输出特性

• 单端高电平输出电压在不同条件下有所不同，单端低电平输出电压也有相应的范围。
• 输出电压摆幅在数据通道和时钟通道均为400 - 600 mV。

五、功能模式

5.1 重定时器模式

当像素时钟高于约100 MHz时，重定时器自动激活，利用时钟和数据恢复电路（CDR）对数据进行跟踪、采样和重定时，减少视频源中的高频抖动，提高信号质量。

5.2 驱动器模式

当数据速率低于1.0 Gbps时，TMDS171自动进入驱动器模式，此时CDR和PLL关闭，可降低功耗。通过I2C也可将设备设置为全数据范围（250 Mbps - 3.4 Gbps）的驱动器模式。

5.3 DDC功能

TMDS171通过实现主/从控制模式解决DDC总线的源/接收端问题，可将数据或时钟信号在源端和接收端之间进行传输，DDC链路默认速率为100 kbps，也可通过I2C设置为400 kbps。

5.4 模式选择

通过寄存器reg0Ah[7]进行模式选择，可根据设备在系统中的位置调整自适应均衡（AEQ）点，以优化信号质量。

六、应用与设计要点

6.1 应用场景

TMDS171适用于多种应用场景，包括数字电视、数字投影仪、音频/视频设备、蓝光DVD、显示器、台式机/一体机以及有源电缆等。其自适应接收均衡功能使其特别适合电缆长度变化较大的接收端应用，如HDTV、显示器和投影仪等。

6.2 设计要点

6.2.1 电源设计

为了实现最低功耗，需要使用双电源供电（VCC = 3.3 V，VDD = 1.2 V）。OE引脚需要连接一个200 nF的电容到地，并且该引脚应在电压轨稳定后改变状态。

6.2.2 配置方式

最好通过I2C对设备进行配置，但在I2C不可用的情况下，也可以使用引脚绑定的方式。

6.2.3 信号映射

由于源端可能有不同的命名约定，需要确认源端与TMDS171之间的链路映射是否正确。如果信号反转，可以使用输入引脚的交换功能。

6.2.4 布局设计

• 在高K值电路板上，建议将PowerPAD™焊接到散热焊盘上；在低K值电路板上，需要使用1 oz的铜迹线将GND引脚连接到散热焊盘。
• 推荐使用六层电路板，高速TMDS走线应布置在顶层，以避免使用过孔，同时要匹配高速走线的电气长度，以减少线间和线内的偏移。
• 高速信号层旁边应放置实心接地平面，以建立传输链路互连的受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。
• 电源平面应与接地平面相邻，以增加高频旁路电容。
• 较慢的控制信号可以布置在底层，以提供更大的灵活性。

七、总结

TMDS171/I 3.4 Gbps TMDS Retimer是一款功能强大、性能卓越的数字视频接口重定时器，具有高速数据传输、多种接口支持、自适应均衡、电源管理等诸多优点。在设计过程中，电子工程师们需要根据具体应用场景，合理配置引脚、优化电源设计和布局设计，以充分发挥该产品的性能优势，实现高质量的高清视频传输。你在使用TMDS171/I进行设计时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。