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VGA信号在笔记本电脑中的应用2009年09月24日

  1 概述
  大多数采用坞站的笔记本电脑都是通过其底部一组接口切换VGA信号。支持坞站与VGA连接器之间信号切换的理想器件不仅控制所有开关,而且还要为所有连接至输出的器件提供足够的ESD保护。MAX4885E VGA开关优化用于切换笔记本电脑和坞站之间的信号,该器件包括3路高频RGB开关(约950 MHz)、2路低频DDC(显示数据控制)信号的箝位开关,以及1对的缓冲器。
  2 优化VGA信号切换
  正确处理模拟VGA信号,应将7路信号切换至计算机的连接器或坞站端口。若未使用开关,则每个端口都可能连接未使州的信号,首先,应考虑在D/A转换器输出端增大电容,但这样会造成带宽损失。视频信号通常是标准的75 Ω,视频D/A转换器通常是一个驱动75 Ω负载的电流源。显示器也是75 Ω负载,这样形成双终端负载系统,而D/A转换器能够为75 Ω负载提供的最大VGA驱动是0.7 V。
  设计支持1 920×1 200、60Hz的视频,像素速率约6.0 ns。若允许信号的上升、下降沿均为1.7 ns,则该信号满足VESA的要求,因此tR=2.2RC,其中R=37.5Ω。如果D/A转换器的tR为0,由上式可以得出系统的tR。但典型应用中, D/A转换器在无额外负载的情况下,tR一般为1 ns。假设D/A转换器的延迟包含内部延时和输出电容引起的上升时间两部分。假设D/A转换器的内部延时为300 ps,容值为8 pF。加上开关容值8 pF,总电容为16 pF。所以,对于大多数这样的应用,传统模拟开关的f3dB带宽为400 MHz,虽然足以支持140 MS/s的信号,但D/A转换器占用整个系统的绝大部分裕量。
  3 MAX4885E VGA开关
  MAX4885E是一款完整的1:2 VGA开关,有大于700 MHz的RGB带宽和小于7 pF的电容。所有输出均具备±15 kV HBM(人体模式)静电保护,无需外加静电保护电路,不仅节省成本,而且无需用于静电保护的外部电容。
  MAX4885E能够将低电平的行、场信号按照VESA标准转换成5.0 V TTL兼容逻辑电平(图1)。所提供的行、场信号可驱动双负载。与RGB信号一样,行、场信号也具备±15 kV的静电保护,无需增加额外元件保护其输出。将VL引脚连接到3.3 V,行、场信号可以从较低电平转换成TTL兼容电平。

    
  MAX4885E还提供DDC(显示数据控制)开关、电平箝位和ESD保护功能。通过切换DDC信号,分离容性负载。这些信号兼容I2C标准且最大负载电容为700 pF。如果2只负载连接到同一输出,容性负载可能超出范围。
  MAX4885E在同一时间只允许连接1只负载。DDC输入也具有±15 kV ESD保护。
  MAX4885E的DDC开关还为此类应用提供一个附加功能:电压箝位。来自显示器的DDC电压通常通过2.2 kΩ电阻上拉到+5 V(图2)。DDC驱动器一般只允许最大+3.3 V的电压。DDC信号兼容于I2C标准,开关两侧都有上拉电阻。开关本身由1对n沟道晶体管组成。

   
  由于体二极管的影响,n沟道FET导通电压在栅极电压的0.7 V内。当电压接近栅极电压时,由于偏置电压不够大,沟道电阻增大。而开关两侧均上拉到各自的供电电压时,n沟道几乎完全导通。可传输接近地电位的信号,开关很容易下拉。如果+5 V侧信号范围为:0.5~4.8 V,则3.3 V侧的信号摆幅为0.5~3.3 V.如图2所示。
  4 结论
  截至2015年,甚至更远,模拟VGA信号仍将用于主流计算机。高清显示器要求信号的上升/下降时间小于 1.6 ns。为满足要求,D/A转换器输出端必须保持尽量小的电容。MAX4885E VGA开关具有小于7 pF的电容,提供微小的4mm×4 mm封装。器件的所有输出均具有±15 kV静电保护。RGB、行、场输出端及DDC信号均无需额外接保护电路。MAX4885E还有低电压到TTL逻辑电平的转换器/缓冲器。行、场信号可大约 0.5~1.5 V转换到5 V TTL逻辑电平。具有静电保护的输出经缓冲后可为负载提供±8 mA的驱动。上升/下降时间小于5 ns。总之,MAX4885E具有低电容开关,提供箝位保护以及静电保护。MAX4885E可理想用于笔记本电脑的坞站开关,提供评估(EV)板,方便器件测试和方案评估。

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