TDP20MB421：DisplayPort 2.1 應用的理想之選

在電子產品不斷發展的今天，高速數據傳輸的需求日益增長，DisplayPort 2.1 作為新一代的顯示接口標準，為高分辨率、高刷新率的顯示設備提供了強大的支持。而在實現 DisplayPort 2.1 信號傳輸的過程中，TDP20MB421 這樣的線性轉接驅動器發揮著至關重要的作用。今天，我們就來詳細了解一下德州儀器（TI）推出的 TDP20MB421。

文件下載：tdp20mb421.pdf

1. 產品概述

TDP20MB421 是一款具有集成 2:1 多路復用器的 4 通道線性轉接驅動器，專為支持速率高達 20Gbps 的 DisplayPort 2.1 而設計。它不僅能支持嵌入式 (eDP) 和 DisplayPort 2.1 的各種速率模式，還能支持高達 24Gbps 的 DP++（也稱為交流耦合 HDMI），是一款與協議無關的線性轉接驅動器，可通過其他高達 20Gbps 的交流耦合接口來運行。

2. 特性亮點

2.1 高性能均衡與驅動能力

接收器部署了連續時間線性均衡器 (CTLE)，可提供可編程高頻增強功能，有效打開因 PCB 布線等互連介質引起的碼間串擾 (ISI) 而完全關閉的輸入眼圖。CTLE 接收器后跟一個線性輸出驅動器，數據路徑的線性度經過精心設計，能在保持 DisplayPort 接收器均衡有效的同時保留任何傳輸均衡。在 20Gbps(10GHz 奈奎斯特) 時具有出色的電氣性能，如 19dB 均衡、1.8V 直流線性度、1.08V 交流線性度等。

2.2 低功耗設計

4 通道運行時，有功功率低至 720mW，待機功耗模式下的器件功耗僅為 23 - 36mW，這對于需要長時間運行的設備來說，能有效降低能耗，提高設備的續航能力。

2.3 高可靠性與穩定性

在量產期間實施了高速測試，確保可靠的高產量制造。具有低交流和直流增益變化，可在各種平臺部署中提供一致的均衡功能。對 DisplayPort 1.4 和 2.1 鏈路訓練透明，能有效實施鏈路訓練，實現更優的電氣鏈路和盡可能低的延遲。

2.4 靈活的配置方式

可通過引腳控制或 SMBus/I2C 進行器件配置，提供 18 個 EQ 增強設置和 5 個平坦增益設置，能滿足不同應用場景的需求。

2.5 寬溫度范圍

溫度范圍為 -40°C 至 85°C，能適應各種惡劣的工作環境。

3. 引腳配置與功能

TDP20MB421 采用 3.5mm × 9mm 42 引腳 0.5mm 間距 WQFN 封裝，其引腳配置豐富且靈活。例如，MODE 引腳可設置器件控制配置模式，EQ0/ADDR 和 EQ1 引腳可設置接收器線性均衡 CTLE，GAIN/SDA 引腳可設置平坦增益或作為 SMBus/I2C 數據引腳，PD 引腳可控制轉接驅動器運行狀態，SEL 引腳可選擇多路復用器路徑等。這些引腳的合理配置，能讓工程師根據具體需求對器件進行定制化設置。

4. 規格參數

4.1 絕對最大額定值

明確了電源電壓、I/O 電壓、結溫、貯存溫度等參數的最大范圍，超出這些范圍運行可能會對器件造成損壞，在設計時需要嚴格遵守。

4.2 ESD 等級

人體放電模型 (HBM) 為 +2000V，充電器件模型 (CDM) 為 ±500V，具有一定的靜電防護能力，但在實際使用中仍需注意靜電放電的問題。

4.3 建議運行條件

對電源電壓、電源噪聲容限、VCC 電源斜坡時間、工作結溫、工作環境溫度等參數都給出了詳細的建議范圍，確保器件能在最佳狀態下運行。

4.4 熱性能信息

提供了結至環境熱阻、結至外殼熱阻、結至電路板熱阻等熱性能參數，有助于工程師在設計散熱方案時進行參考。

4.5 電氣特性

包括直流電氣特性和高速電氣特性，如器件有功功率、待機功耗、輸入輸出電壓、回波損耗、線對間隔離、延遲、抖動等參數，這些參數直接影響著器件的性能表現。

4.6 SMBUS/I2C 時序特性

規定了從模式下的各種時序參數，如尖峰脈沖寬度、啟動條件后的保持時間、時鐘的高低電平周期等，確保 SMBus/I2C 通信的穩定性。

5. 詳細說明

5.1 功能方框圖

從功能方框圖可以清晰地看到 TDP20MB421 的內部結構，每條信號通道獨立工作，包含一個 CTLE 和一個線性輸出驅動器，共同補償源發送器和最終接收器之間的有損傳輸通道。

5.2 特性說明

• 5 電平控制輸入：通過四個 5 電平輸入引腳 (EQ1、EQ0、GAIN 和 MODE) 控制器件的配置，使用電阻分壓器設置 5 個有效電平，提供更廣泛的控制設置。
• 線性均衡：接收器的 CTLE 運用高頻增強和低頻衰減功能來均衡無源通道的頻率制約型插入損耗，實現兩級線性均衡器，提供廣泛的均衡能力。在引腳模式下，設置針對 FR4 布線進行了優化；在 SMBus/I2C 模式下，EQ 曲線控制功能可用，可對各個通道進行獨立編程以實現 EQ 增強。
• 平坦增益：在引腳模式下，GAIN 引腳可設置整體數據路徑平坦增益；在 I2C 模式下，每個通道均可獨立設置。大多數系統的默認建議是 GAIN = L4(懸空)，可提供 0dB 的平坦增益。

5.3 器件功能模式

• 工作模式：將 PD 引腳驅動至低電平，器件正常運行，可對 RX 信號進行轉接驅動和均衡，提供更好的信號完整性。
• 待機模式：PD 引腳 = H 時，器件處于待機模式，節省電力。

5.4 編程

• 引腳模式：通過引腳搭接引腳可完全配置器件，使用 2 電平和 5 電平引腳實現器件控制和信號完整性優化設置。
• SMBus/I2C 寄存器控制接口：當 MODE = L2(SMBus/I2C 從控制模式) 時，可通過標準 I2C 或 SMBus 接口對器件進行配置。引腳搭接設置確定了 ADDR 和 MODE 引腳上的從地址，器件具有共享寄存器和通道寄存器，可實現器件級配置、狀態回讀、控制以及每個通道的特定功能配置。

6. 應用和實施

6.1 應用信息

TDP20MB421 可擴展因 PCB 和電纜等傳輸介質損耗而受損的差分通道的覆蓋范圍，可部署在各種不同的系統中，如臺式計算機和主板、PC 筆記本電腦、平板電腦擴展塢、電視、游戲、家庭影院和娛樂系統、專業音頻、視頻和標牌、測試和測量、醫療等領域。

6.2 典型應用 - DP 2.1 主鏈路信號調節

• 設計要求：在設計過程中，需要使用 85Ω 阻抗布線，對差分線對進行長度匹配、保持一致的布線寬度和間距；將交流耦合電容器放置在靠近接收器端，使用合適容量和尺寸的電容器，并減少接地的寄生電容；背鉆連接器過孔和信號過孔，使用參考平面過孔確保低電感路徑。
• 詳細設計過程：為四個 DP 主鏈路通道提供信號調節，與 DP 鏈路訓練無關，可有效實施顯示源和接收端之間的 DP 鏈路訓練協商。DisplayPort 邊帶信號 AUXp,n 和 HPD 被旁路，可利用 PD 引腳控制待機運行。在某些應用中，微控制器可使用 I2C 寄存器進行額外的電源管理。
• 應用曲線：通過對比有無轉接驅動器的符合性眼圖，可以看出 TDP20MB421 能通過擴展水平和垂直眼開口來提供信號調節，有助于通過合規性測試。

6.3 電源相關建議

設計電源時應符合建議運行條件，不需要特殊的電源濾波，僅需進行標準的電源去耦，如每個 VCC 引腳一個 0.1μF 電容器、每個器件一個 1μF 大容量電容器以及每個電源總線一個 10μF 大容量電容器，并將本地去耦電容器盡可能靠近 VCC 引腳。

6.4 布局

• 布局指南：將去耦電容器盡可能靠近 VCC 引腳放置，緊密耦合、偏移匹配和阻抗控制高速差分信號，避免高速差分信號上的過孔，使用 GND 焊盤提升信號完整度，放置 GND 過孔提升導熱性能。
• 布局示例：文檔中提供了布局示例，可供工程師參考。

7. 器件和文檔支持

7.1 接收文檔更新通知

可導航至 ti.com 上的器件產品文件夾，點擊通知進行注冊，每周接收產品信息更改摘要。

7.2 支持資源

TI E2E? 中文支持論壇是工程師獲取解答和設計幫助的重要途徑，可直接從專家處獲得快速、經過驗證的解答。

7.3 靜電放電警告

靜電放電 (ESD) 會損壞集成電路，在處理和安裝時需要采取適當的預防措施。

7.4 術語表

TI 術語表列出并解釋了相關術語、首字母縮略詞和定義，方便工程師查閱。

總結

TDP20MB421 以其高性能、低功耗、靈活配置和廣泛的應用場景，成為了 DisplayPort 2.1 應用中一款非常有競爭力的線性轉接驅動器。作為電子工程師，在進行相關設計時，充分了解和合理利用 TDP20MB421 的特性和功能，能幫助我們設計出更優質、更穩定的產品。在實際應用過程中，你是否遇到過類似器件的使用難題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。