概述
尽管数字视频开关在2008年变得非常流行,但截至2015年,市场上仍有数千万显示器和投影仪模拟VGA。几乎所有使用码头站的笔记本电脑都通过笔记本电脑底部的一组接口切换VGA信号。
支持坞站与VGA连接器之间切换的理想设备不仅要管理和控制所有开关,还要为所有连接到输出的设备提供足够的服务ESD保护。
MAX4885EVGA笔记本电脑和码头站之间的信号切换采用开关优化,包括三路高频(约950MHz) RGB两路低频开关DDC用于行、场信号电平转换的信号夹位开关和一对缓冲器。
优化VGA信号切换
正确处理模拟VGA七路信号应切换到计算机连接器或码头端口。如果不使用开关,则每个端口可能连接未使用的信号,需要考虑DAC输出端增加的电容会导致带宽损失。视频信号通常是标准的75Ω,视频DAC通常是驱动75Ω负载电流源。显示器也是75Ω负载形成双终端负载系统DAC能够为75Ω最大负荷提供VGA驱动是0.7V。
许多设计师试图设计和支持1920 &TImes; 1200、60Hz视频,像素速率≈6.0ns。如果允许信号的上升、下降沿分别为1.7ns,可以满足信号VESA 因此:
tR = 2.2RC, 其中R = 37.5Ω
如果DAC的tR是0,系统可以从上式得到tR。但是,在典型的应用中DAC没有额外负载,tR一般为1ns。假设DAC延迟包括内部延迟和输出电容引起的上升时间两部分。假设上述应用DAC内部延迟为300ps,容值为8pf。加上开关的8pf,总电容≈16pF。因此,对于大多数这样的应用,传统的模拟开关f3dB带宽为400MHz,尽管足以支持140Msps的信号,但DAC占用了整个系统的绝大部分裕量。
MAX4885E VGA开关大大减少了元件的数量
MAX4885E是完整的1:2 VGA开关大于7000MHz的RGB带宽和小于7pF电容。此外,所有输出都有±15kV HBM (人体模式) ESD无需添加保护ESD电路的保护不仅节省了成本,而且消除了ESD外部电容器的保护。
MAX4885E还有两个重要功能:根据低电平电平行和场信号使用VESA标准转换成5.0V TTL兼容逻辑电平(图1)。提供的行、场信号可驱动双负载。与RGB同样的信号,行,场信号也有±15kV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 3.3V,可以场信号可以从低电平转换为TTL兼容电平。
图1. 现场信号电平转换原理图
MAX4885E还可以提供DDC 开关、电平钳位ESD保护功能。通过切换DDC分离容性负载的信号。与这些信号兼容I2C最大负载电容为700pF。如果两个负载连接到同一输出,容性负载可能超出范围。MAX4885E只允许同时连接一个负载。类似于其他功能,DDC输入也具有±15kV ESD保护。
MAX4885E的DDC开关还为此类应用程序提供了附加功能:电压钳位。DDC电压通常通过2.2kΩ电阻上拉到 5V (图2)。DDC驱动器不允许如此高的电压,通常只允许最大电压 3.3V的电压。DDC信号兼容于I2C开关两侧均有上拉电阻。开关本身由一对n通道晶体管组成。
图2. n沟道FET晶体管夹位原理图
由于体二极管的影响,n沟道FET只能通过约0.7V内部的栅极电压。当电压接近栅极电压时,由于偏置电压不够大,沟电阻增大。而开关两侧均上拉到各自的供电电压时,n沟通几乎是完全的。接近地电位的信号可以传输,开关很容易下拉。如果 5V侧信号范围为:0.5V至4.8V,则3.3V侧面的信号摆幅为0.5V至3.3V,如上图所示(左侧)。
结论
截至2015年,模拟VGA主流计算机仍将使用信号,甚至使用时间更长。高清显示器要求信号上升/下降时间小于1.6ns。为了达到这么快的时间,DAC输出端必须尽可能小。MAX4885E VGA开关不到7pF提供微小4的电容mm &TImes; 4mm封装。所有设备的输出都有±15kV ESD保护,RGB、行,场输出端和DDC信号不需要额外的保护电路。MAX4885E还增加了低压TTL转换器/缓冲器的逻辑电平进一步提高了功能要求。行、场信号可以从大约0.5V至1.5V转换到5V TTL逻辑电平。缓冲后,静电保护输出可以为负载提供±8mA上升/下降时间小于5ns。总之,MAX4885E能够提供低电容切换、箝位保护以及ESD保护。MAX4885E笔记本电脑的码头开关可以理想使用,并提供评估(EV)装置测试和方案评估方便。