显示接口的概述主链路:主链路是单向的、高带宽、低延迟的信道,用于传输同步串行数据流,如未压缩的视频和音频。
辅助通道(AUX CH):辅助通道是1Mbit/s半双工,双向通道,用于链路管理(状态信息)和设备控制。
热插拔检测(HPD)信号线:HPD信号是sink tosource的信号,一是用作sink的检测,接3.3V或拉高说明sink存在,拉低超过2ms说明sink不存在;也可以作为sink设备的中断请求,当拉低0.5ms~1ms时,说明sink设备发出中断,此时source通过AUX读取sink的DPCD寄存器获知中断类型。
此外,DP连接器为盒到盒连接有一个电源引脚为本地设备供电。
AUX Channel-辅助通道DP设有专用总线,即AUX Channel,用于source和sink之间的握手。因为source是过程的控制装置,它为sink提出请求。sink与source进行通信的唯一途径是在热插拔检测(HPD)信号中发出一个脉冲。
因为AUX Channel是source / sink通信的关键部分,所以理解握手过程的核心在于记录AUXChannel通信。AUX Channel Monitor工具是所有DP协议相关工程师和设计师必须配备的设备。
辅助通道(AUX Channel)作为DP接口中一条独立的双向传输辅助通道,采用交流耦合差分传输方式,是一条双向半双工传输通道,单一方向速率仅1Mbit/s左右,用来传输设定与控制指令。
AUX(Auxiliary)的用途包括读取扩展显示识别数据(EDID),以确保DP信号的正确传输;读取显示器所支持的DP接口的信息,如主要通道的数量和DP信号的传输速率;进行各种显示组态暂存器的设定;读取显示器状态暂存器。
接收(sink)设备可以切换HPD信号来提示源设备启动一个AUX请求事务来读取DPCD链接/接收状态寄存器位,包括IRQ_HPD向量寄存器位。
因此,只有先保证AUX的信号正确才能使DP接口的信号正确传输,而不同DP协议的液晶模组对AUX输出信号的幅值有不同的要求。目前,在液晶模组检测设备对液晶模组进行检测时,针对不同DP协议的液晶模组,需要设计各种AUX输出幅值相匹配的液晶模组测试装置,明显提高了液晶模组的测试成本。
DPCD :DisplayPort Configuration Data DP source和sink之间的信息传送通过对sink上的DisplayPort配置数据(DPCD)寄存器进行读写来实现。
通过读取DPCD中的特定寄存器,source将知晓sink的性能。在建立数据link,即link训练期间,source对DPCD进行写操作,以指明目标link的配置,另外sink也将各个link训练阶段的结果写到此处。
在数十个DPCD寄存器中调用每个位的详细含义非常具有挑战性。因此,对于DP调试程序的生产率来说重要的是,所用工具能够轻松地根据VESA DP技术规范等标准的常用术语解析AUX读写操作中的DPCD内容。
EDID扩展显示标识数据(EDID)是一个结构化数据块,定义了DP接收装置的性能。它定义了构造、型号名称、屏幕尺寸和颜色格式。在连接到sink之后,source首先要执行的操作之一就是读取sink的EDID数据。
对DP source和sink之间的通信起到重要作用的是EDID定义了sink以及sink支持的视频模式的原始分辨率。在选择将要发送给sink的内容的格式时,该数据是source的基础。分辨率、所用视频模式、颜色格式、音频格式等。
通过改变测试sink的EDID,工程师可以轻松验证sink的灵活性。易于使用的EDID编辑器可向用户说明各个比特位,是另外一种非常重要且节省时间的工具。
主Link配置根据source需要发送给sink的内容以及从EDID和DPCD读取来的sink性能,source可确定发送内容的格式以及用于传输的数据link配置。一个良好设计的source将尝试优化link的使用,以达到将功耗降至最低等目的。因此其目标是使用尽可能少的信道和尽可能低的电压摆动。
在link训练期间,source使用其首选配置启动实际训练过程,在link建立之前通过迭代法对其进行改变。一旦link建立,source便可开始发送内容本身。
用户可以在AUX Channel Monitor的帮助下评估通信记录,进而验证link培训过程是如何执行的。此外,工具的易用性将有助于工程师保持注意力集中。因为一对具有多流功能的source和sink之间的link训练过程可包含上百个读写操作,诸如突出显示数据以便于阅读、过滤数据以专注于基础数据等功能至关重要。
通过改变sink或source的性能因素,工程师可以验证其DUT sink或DUTsource是否按预期工作。VESA定义的Link Compliance Test中的各种测试事实上可验证sink或source是否按实现良好互操作性所需的方式进行工作。一个良好的工具允许编辑和保存性能数据,供以后使用。
MSA和SDP在内容传输期间,source还发送额外数据:主数据流属性(MSA)和可选的次级数据包(SDP)。
MSA是source向sink通知其提供的视频模式详细信息的途径。工程师的一项任务是验证MSA与实际视频模式是否匹配。
SDP可包含多媒体内容的音频部分以及所谓的INFOFRAMES。INFOFRAMES是定义视频和音频结构的数据——sink进行解读的方式。工程师将进行相同任务:验证发送的数据与内容是否匹配。
DP硬件设计
DP信号是一个交流耦合、100欧姆的差分信号接口,下图是一个典型的DP
电路设计图示。交流耦合电容必须添加,推荐封装0402;共模电感的选择要注意其是否支持足够高的数据速率;ESD尽量选择寄生电容小的器件。
DP接口Layout设计DP接口布线要求
参数 | 要求 |
阻抗控制 | 100±10%差分;50±10%单端 |
AC耦合电容 | 100nF,10%,0402 |
DP最大走线长度 | 4000mil |
差分对内等长 | <0.05mm |
差分对间距离 | ≥5H |
与其他信号间距 | ≥5H |
与参考平面边缘最小间距 | ≥5H |
过孔建议数量 | ≤2个 |
除以上表中基本要求外,在设计时也要注意如下几个问题,
1) 尽量缩短走线长度,远离开关电源、晶振等噪声源;
2) 建议在信号线换层孔附近添加回流孔,尽量减少换层孔;
3) 信号走线优先参考GND层,并保证参考平面完整。如果设计中无法避免跨平面参考,建议再跨平面分割处用旁路电容将回流信号连接起来;
4) 差分耦合电容、共模电感和ESD等器件尽量靠近DP座并对称放置;
5) DP座上机壳地与数字地完全分开单点连接;
另,由于元器件的PAD width会导致阻抗不连续,因此建议在元器件pad下方的参考层挖空以减小阻抗的不连续性。下图为Layout的一个例子。