在筆記本電腦中切換VGA信號

1 概述
    盡管數(shù)字視頻開關(guān)在2008年已非常流行，但截至2015年，仍會有數(shù)千萬的顯示器、投影儀采用模擬視頻圖形陣列VGA(Video Graphics Array)。大多數(shù)采用塢站的筆記本電腦都是通過其底部一組接口切換VGA信號。支持塢站與VGA連接器之間信號切換的理想器件不僅控制所有開關(guān)，而且還要為所有連接至輸出的器件提供足夠的ESD保護(hù)。MAX4885E VGA開關(guān)優(yōu)化用于切換筆記本電腦和塢站之間的信號，該器件包括3路高頻RGB開關(guān)(約950 MHz)、2路低頻DDC(顯示數(shù)據(jù)控制)信號的箝位開關(guān)，以及1對的緩沖器。

2 優(yōu)化VGA信號切換
    正確處理模擬VGA信號，應(yīng)將7路信號切換至計算機的連接器或塢站端口。若未使用開關(guān)，則每個端口都可能連接未使州的信號，首先，應(yīng)考慮在D／A轉(zhuǎn)換器輸出端增大電容，但這樣會造成帶寬損失。視頻信號通常是標(biāo)準(zhǔn)的75 Ω,視頻D／A轉(zhuǎn)換器通常是一個驅(qū)動75 Ω負(fù)載的電流源。顯示器也是75 Ω負(fù)載，這樣形成雙終端負(fù)載系統(tǒng)，而D／A轉(zhuǎn)換器能夠為75 Ω負(fù)載提供的最大VGA驅(qū)動是0．7 V。
    設(shè)計支持1 920×1 200、60Hz的視頻，像素速率約6．0 ns。若允許信號的上升、下降沿均為1．7 ns，則該信號滿足VESA的要求，因此tR=2．2RC，其中R=37．5Ω。如果D／A轉(zhuǎn)換器的tR為0，由上式可以得出系統(tǒng)的tR。但典型應(yīng)用中， D／A轉(zhuǎn)換器在無額外負(fù)載的情況下，tR一般為1 ns。假設(shè)D／A轉(zhuǎn)換器的延遲包含內(nèi)部延時和輸出電容引起的上升時間兩部分。假設(shè)D／A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部延時為300 ps，容值為8 pF。加上開關(guān)容值8 pF，總電容為16 pF。所以，對于大多數(shù)這樣的應(yīng)用，傳統(tǒng)模擬開關(guān)的f3dB帶寬為400 MHz，雖然足以支持140 MS/s的信號，但D／A轉(zhuǎn)換器占用整個系統(tǒng)的絕大部分裕量。

3 MAX4885E VGA開關(guān)
    MAX4885E是一款完整的1:2 VGA開關(guān)，有大于700 MHz的RGB帶寬和小于7 pF的電容。所有輸出均具備±15 kV HBM(人體模式)靜電保護(hù)，無需外加靜電保護(hù)電路，不僅節(jié)省成本，而且無需用于靜電保護(hù)的外部電容。
    MAX4885E能夠?qū)⒌碗娖降男小鲂盘柊凑誚ESA標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成5．0 V TTL兼容邏輯電平(圖1)。所提供的行、場信號可驅(qū)動雙負(fù)載。與RGB信號一樣，行、場信號也具備±15 kV的靜電保護(hù)，無需增加額外元件保護(hù)其輸出。將VL引腳連接到3.3 V，行、場信號可以從較低電平轉(zhuǎn)換成TTL兼容電平。

    MAX4885E還提供DDC(顯示數(shù)據(jù)控制)開關(guān)、電平箝位和ESD保護(hù)功能。通過切換DDC信號，分離容性負(fù)載。這些信號兼容I2C標(biāo)準(zhǔn)且最大負(fù)載電容為700 pF。如果2只負(fù)載連接到同一輸出，容性負(fù)載可能超出范圍。 

    MAX4885E在同一時間只允許連接1只負(fù)載。DDC輸入也具有±15 kV ESD保護(hù)。
    MAX4885E的DDC開關(guān)還為此類應(yīng)用提供一個附加功能：電壓箝位。來自顯示器的DDC電壓通常通過2．2 kΩ電阻上拉到+5 V(圖2)。DDC驅(qū)動器一般只允許最大+3.3 V的電壓。DDC信號兼容于I2C標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)兩側(cè)都有上拉電阻。開關(guān)本身由1對n溝道晶體管組成。

    由于體二極管的影響，n溝道FET導(dǎo)通電壓在柵極電壓的0．7 V內(nèi)。當(dāng)電壓接近柵極電壓時，由于偏置電壓不夠大，溝道電阻增大。而開關(guān)兩側(cè)均上拉到各自的供電電壓時，n溝道幾乎完全導(dǎo)通?？蓚鬏斀咏仉娢坏男盘?，開關(guān)很容易下拉。如果+5 V側(cè)信號范圍為：0．5～4．8 V，則3.3 V側(cè)的信號擺幅為0．5～3.3 V．如圖2所示。

4 結(jié)論
    截至2015年，甚至更遠(yuǎn)，模擬VGA信號仍將用于主流計算機。高清顯示器要求信號的上升／下降時間小于 1．6 ns。為滿足要求，D／A轉(zhuǎn)換器輸出端必須保持盡量小的電容。MAX4885E VGA開關(guān)具有小于7 pF的電容，提供微小的4mm×4 mm封裝。器件的所有輸出均具有±15 kV靜電保護(hù)。RGB、行、場輸出端及DDC信號均無需額外接保護(hù)電路。MAX4885E還有低電壓到TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換器／緩沖器。行、場信號可大約 0．5～1．5 V轉(zhuǎn)換到5 V TTL邏輯電平。具有靜電保護(hù)的輸出經(jīng)緩沖后可為負(fù)載提供±8 mA的驅(qū)動。上升／下降時間小于5 ns?？傊?，MAX4885E具有低電容開關(guān)，提供箝位保護(hù)以及靜電保護(hù)。MAX4885E可理想用于筆記本電腦的塢站開關(guān)，提供評估(EV)板，方便器件測試和方案評估。