PI3HDX1204B1：HDMI 2.0 6Gbps 限幅重驅動器技術解析

在當今的電子設備中，高清視頻傳輸變得越來越重要，HDMI 2.0 標準的出現滿足了高帶寬、高質量視頻傳輸的需求。PI3HDX1204B1 作為一款適用于 HDMI 2.0 6.0 Gbps 的重驅動器，在視頻傳輸領域有著重要的應用。本文將對 PI3HDX1204B1 進行詳細的技術解析，幫助電子工程師更好地了解和應用這款產品。

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一、產品概述

PI3HDX1204B1 是一款 ReDriverTM 設備，適用于 HDMI 2.0 6.0 Gbps 的信號傳輸。它具有可編程的高均衡、輸出擺幅和去加重控制模式，最大均衡值在 6Gbps 時可達 +22dB，相比傳統的重驅動器設備，其附加抖動性能提高了 2 倍。此外，該設備還支持雙模式 DisplayPort 電平轉換應用，適用于 HDMI 2.0 兼容的輸出信號。其 EQ/SW/去加重設置可以通過引腳綁定或 I2C 編程進行配置，以優化不同物理介質上的差分信號性能。

產品特點

1. HDMI 2.0 兼容性：作為限幅型重驅動器，可補償長 TMDS 信號傳輸中的高插入損耗。
2. 雙模式支持：支持雙模式 DP HBR3 到 HDMI 2.0 的電平轉換。
3. 低抖動性能：抖動性能是傳統 CMOS 工藝重驅動器的兩倍。
4. 可配置參數：輸入均衡支持 16 級，最高可達 +22.2dB @ 3GHz (6 Gbps)，4 級去加重和 4 級輸出電壓擺幅設置。
5. 獨立通道配置：每個通道的均衡、輸出擺幅和去加重可獨立配置。
6. 內置通道活動檢測器：可選擇 50Ω 到 VDD 或 200kΩ 到 VDD 的輸入終端。
7. 編程模式支持：支持引腳綁定和 (I^{2} C) 可選的設備編程模式。
8. 電源和溫度范圍：電源電壓為 3.3V，工作溫度范圍為 -40°C 到 85°C。
9. 環保特性：完全無鉛，符合 RoHS 標準，無鹵素和銻，是“綠色”設備。

應用領域

• 筆記本電腦、臺式機和一體機：用于內部視頻信號的傳輸和增強。
• HDMI 有源電纜：提高電纜的傳輸性能，減少信號衰減。
• 視頻系統內部板連接：確保內部信號的穩定傳輸。

二、產品詳細信息

2.1 修訂歷史

該產品的文檔經歷了多次修訂，主要包括應用章節的參考原理圖更新、封裝引腳名稱的修正、功能描述中的排版錯誤更正以及部分章節的更新，如描述、推薦操作條件和開關特性等。

2.2 相似產品比較

與 PI3HDX1204E 相比，PI3HDX1204B1 為限幅型重驅動器，在 6Gbps 時的均衡值為 22 dB，而 PI3HDX1204E 為線性型，均衡值為 10dB。此外，兩者在 TMDS Tr/Tf 時間、輸出 TMDS 峰 - 峰擺幅、應用位置等方面也存在差異。PI3HDX1204B1 適合靠近源端設備，而 PI3HDX1204E 適合靠近接收端設備。

三、引腳配置

PI3HDX1204B1 的引腳包括數據信號引腳、控制信號引腳和電源引腳。數據信號引腳用于 TMDS 信號的輸入和輸出，控制信號引腳用于 I2C 通信、電源使能和配置參數設置，電源引腳提供電源和接地。

引腳描述

四、功能描述

4.1 功能框圖

PI3HDX1204B1 的功能框圖包括輸入緩沖、均衡、去加重、輸出驅動和控制邏輯等部分。通過這些部分的協同工作，實現信號的增強和優化。

4.2 功能設置

1. 輸出終端檢測器：上電或 PEN 為真時，輸出電阻設置為 2K 歐姆，輸入電阻設置為 200K 歐姆。設備會持續檢測每個通道上的外部 50 歐姆終端電阻。
2. 電源使能功能：可通過一個引腳控制或 I2C 控制。當 PEN 置低時，IC 進入掉電模式，輸入和輸出終端分別設置為 200K 和 2K。
3. 均衡設置：BST[3:0] 是每個通道均衡選擇的引腳，不同的組合對應不同的均衡值。
4. 輸出去加重設置：DE[1:0] 是去加重值的選擇位，有 4 種不同的去加重設置。
5. 輸出電壓擺幅設置：VOD1、VOD0 是輸出擺幅電壓值的選擇位，有 4 種不同的輸出電壓擺幅設置。

4.3 輸出眼圖變化

不同的均衡設置會影響輸出眼圖的寬度和高度。通過實驗數據可以看出，隨著輸入走線長度的增加，需要更高的均衡值來保持良好的眼圖質量。

五、I2C 編程

5.1 地址分配

I2C 地址由 A0、A1、A4 引腳控制，不同的字節對應不同的控制功能，如通道使能、均衡設置、輸出電壓擺幅設置和去加重設置等。

5.2 (I^{2} C) 數據傳輸序列

支持塊讀和塊寫操作，從最低字節開始。在寫命令中，第二個字節可能會有一個偏移地址字節，在本應用中會被忽略。

六、電氣特性

6.1 絕對最大額定值

包括電源電壓、信號電壓、輸出電流、功耗、ESD 和存儲溫度等參數的最大額定值。超過這些值可能會對設備造成永久性損壞。

6.2 推薦操作條件

推薦的電源電壓為 3.0 - 3.6V，I2C 總線的操作頻率最高為 400kHz。

6.3 DC/AC 特性

包括 LVCMOS DC 規格、功耗、封裝功率額定值、TMDS 差分引腳特性和開關特性等。例如，LVCMOS 輸入邏輯高電平為 Vpp/2 + 0.7 Vpp + 0.3 V，輸出邏輯高電平為 Vpp + 0.2 V。

6.4 I2C 總線

I2C 總線的參數包括總線電壓、操作頻率、輸入輸出邏輯電平、上拉電阻電流、輸入泄漏電流、電容和時序等。

七、應用與實現

7.1 源端應用

PI3HDX1204B1 可接受 AC 耦合和 DC 耦合的主鏈路信號。在源端應用中，當雙模式 DP 源連接到輸入時，需要在輸入側放置 AC 耦合電容。此外，還需要考慮 ESD 保護、上升/下降時間控制和 VOFF 測試時的泄漏阻塞等問題。

7.2 接收端應用

PI3HDX1204B1 也可用于接收端應用，通過提供一系列的均衡設置來優化信號。

7.3 DC/AC 耦合應用

根據不同的應用需求，可以選擇 DC 耦合或 AC 耦合的差分信號傳輸方式。

7.4 產品布局指南

包括 AC 耦合電容的放置、輸出走線長度的控制、差分阻抗測試和 GND 過孔的設計等。例如，為了滿足 TMDS 時鐘的上升/下降時間要求，推薦源端應用中 PI3HDX1204B1 與 HDMI 連接器之間的 TMDS 走線長度為 1.5 - 4.5 英寸。

7.5 通用布局指南

在 PCB 布局中，需要注意電源和接地的設計、高速信號的布線以及避免信號反射和串擾等問題。例如，電源和接地引腳應直接連接到 PCB 的相應電源平面，避免通過電阻；高速信號的布線應采用合適的微帶線或帶狀線結構，控制差分阻抗和走線長度。

7.6 CTS 測試報告

通過 HDMI 2.0 合規性測試設置和測試報告，可以驗證 PI3HDX1204B1 在不同測試項目中的性能，如時鐘抖動、眼圖、上升/下降時間、占空比等。

八、機械/封裝信息

8.1 機械尺寸

PI3HDX1204B1 采用 42 引腳 TQFN 封裝，提供了詳細的機械尺寸和推薦的焊盤圖案。

8.2 部件標記信息

產品標記遵循標準的部件編號信息，速度代碼標記在封裝代碼字母之后。

8.3 卷帶和卷軸材料及設計

卷帶采用導電聚苯乙烯加碳材料，表面電阻率最大為 (10^{6} Ohm/sq)；覆蓋帶采用抗靜電透明聚酯薄膜，表面電阻率在 (10^{7} Ohm / Sq) 到 (10^{11} Ohm / sq) 之間；卷軸采用抗靜電高沖擊聚苯乙烯，表面電阻率在 (10^{7} Ohm / sq) 到 (10^{11} Ohm / sq) 之間。

總結

PI3HDX1204B1 是一款功能強大的 HDMI 2.0 重驅動器，具有高均衡、低抖動和可編程等特點。在實際應用中，電子工程師需要根據具體的需求和設計要求，合理配置設備的參數，并注意 PCB 布局和測試等方面的問題，以確保設備的性能和穩定性。希望本文對大家了解和應用 PI3HDX1204B1 有所幫助。你在使用這款產品的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。