本應(yīng)用展示了MAX4885E低電容VGA開關(guān)如何用于筆記本電腦和擴(kuò)展塢之間的切換功能。MAX4885E的電流幾乎為零，采用4mm x 4mm封裝，包含分立方案中使用的大部分開關(guān)和有源元件。因此，該器件在應(yīng)用中節(jié)省了成本和元件數(shù)量。所有器件輸出均受 ±15kV 人體模型 （HBM） 保護(hù)。

介紹

盡管數(shù)字視頻切換在2008年變得更加流行，但至少在2015年之前，仍有數(shù)千萬臺顯示器和投影儀要求使用模擬VGA支持。幾乎所有使用擴(kuò)展塢的企業(yè)級筆記本電腦都通過筆記本電腦底部的一組連接器切換VGA信號。

處理擴(kuò)展塢和VGA連接器之間切換的理想器件可管理所有開關(guān)，并為連接到端口連接器的所有輸出提供足夠的ESD保護(hù)。

MAX4885E VGA開關(guān)優(yōu)化用于筆記本電腦和擴(kuò)展塢之間的信號切換。該器件包含三個(gè)用于 RGB 的超高頻 （~950MHz） 開關(guān)、兩個(gè)用于 DDC 信號的低頻鉗位開關(guān)以及一對用于水平和垂直信號的電平轉(zhuǎn)換緩沖器。

優(yōu)化的 VGA 切換

要正確處理模擬VGA信號，應(yīng)將七個(gè)信號路由到計(jì)算機(jī)上的后連接器或塢站端口。如果不切換此功能，則任一端口都可以在不使用時(shí)連接，從而給DAC增加相當(dāng)大的電容并導(dǎo)致帶寬滾降。視頻信號通常標(biāo)準(zhǔn)化為75Ω阻抗，視頻DAC通常是驅(qū)動75Ω負(fù)載的電流源。該監(jiān)視器也是一個(gè)75Ω負(fù)載，提供雙端接系統(tǒng)。對于VGA，DAC在75Ω負(fù)載中的最大輸出為0.7V。

許多設(shè)計(jì)人員試圖實(shí)現(xiàn) 1920 × 1200、60Hz，從而產(chǎn)生 ≈6.0ns 的像素速率。如果我們允許上升和下降時(shí)間為1.7ns（每個(gè)），則信號將通過VESA（視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）的要求。因此：

tR= 2.2RC，其中R = 37.5Ω

這個(gè)方程將產(chǎn)生 tR對于系統(tǒng)，如果 DAC 具有 tR的 0.然而，此應(yīng)用的典型DAC可能具有R1ns，無需任何進(jìn)一步加載。假設(shè)DAC具有兩個(gè)延遲分量，即內(nèi)部延遲和上升時(shí)間，因?yàn)樗哂休敵鲭娙?。在本討論中，假設(shè)DAC具有300ps內(nèi)部延遲和8pf電容。這允許總電容為 ≈16pF，開關(guān)允許的總電容為 8pF。許多用于此功能的舊模擬開關(guān)的額定頻率為400MHz，f3分貝帶寬。雖然這對于140Msps信號來說似乎足夠了，但DAC占用了系統(tǒng)的大部分裕量。

MAX4885E VGA開關(guān)減少元件數(shù)量

MAX4885E為完整的VGA 1：2開關(guān)，具有>700MHz帶寬和<7pF電容，用于RGB開關(guān)。此外，這些輸出的保護(hù)水平為±15kV HBM（人體模型），因此不需要額外的ESD保護(hù)。這種設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了成本，而且消除了由保護(hù)器件引起的額外電容的需要。

MAX4885E具有兩個(gè)額外的重要功能;它根據(jù) VESA 規(guī)范將低電平水平和垂直信號轉(zhuǎn)換為 5.0V 兼容 TTL 信號（圖 1）。提供一組水平和垂直輸出來驅(qū)動兩個(gè)負(fù)載。與RGB信號一樣，水平和垂直信號的保護(hù)電壓為±15kV，因此無需添加組件即可保護(hù)其輸出。通過將VL引腳連接至+3.3V，水平和垂直信號從低電平轉(zhuǎn)換為完全TTL兼容。

圖1.水平和垂直轉(zhuǎn)換器的示意圖。

MAX4885E還提供DDC（顯示數(shù)據(jù)控制）開關(guān)、電平鉗位和ESD保護(hù)。通過切換DDC信號，容性負(fù)載被分割。這些信號是我2兼容C，最大負(fù)載為700pF。如果在同一輸出端放置兩個(gè)負(fù)載，則可能會超過容性負(fù)載。MAX4885E一次只允許一個(gè)負(fù)載。與其他功能一樣，DDC 輸出受 ±15kV ESD 保護(hù)。

MAX4885E DDC開關(guān)為應(yīng)用提供最后一個(gè)功能：電壓箝位。來自監(jiān)視器的DDC電壓通常通過一個(gè)2.2kΩ電阻上拉至+5V（圖2）。此電壓不允許出現(xiàn)在DDC驅(qū)動器設(shè)備上，通常允許最大電壓為+3.3V。DDC 信號是 I2兼容 C，開關(guān)兩側(cè)各有上拉電阻。開關(guān)本身由一對n溝道晶體管組成。

圖2.n溝道FET轉(zhuǎn)換器箝位原理圖

由于體效應(yīng)，n溝道FET只能將信號傳遞到柵極電壓的~0.7V以內(nèi)。當(dāng)電壓接近柵極電壓時(shí)，由于缺乏偏置，溝道電阻會增加。由于開關(guān)的兩端都被上拉到各自的電源，因此n溝道是一個(gè)近乎完美的箝位。在地電位附近傳遞信號沒有問題，因此開關(guān)便于下拉。如果+5V側(cè)擺幅為0.5V至4.8V，則3.3V側(cè)擺幅為0.5V至3.3V，如上圖（左）。

結(jié)論

高清監(jiān)視器要求信號的上升/下降時(shí)間<1.6ns。為了實(shí)現(xiàn)這些非常快的時(shí)間，DAC的輸出必須最小化任何額外的電容。MAX4885E為VGA開關(guān)器件，具有<7pF電容，采用4mm×4mm纖巧封裝。所有器件輸出均受 ±15kV 保護(hù)，因此 RGB、水平和垂直以及 DDC 信號無需添加器件。為了滿足這些要求，MAX4885E為TTL邏輯電平轉(zhuǎn)換器/緩沖器增加了一個(gè)低電壓。水平和垂直信號從≈0.5V至1.5V轉(zhuǎn)換為全5V TTL電平。輸出具有保護(hù)、緩沖功能，可驅(qū)動±8mA至負(fù)載，上升/下降時(shí)間為5ns<。最后，MAX4885E提供開關(guān)以減小電容、箝位保護(hù)以及ESD保護(hù)。MAX4885E可用于任何需要開關(guān)對接的筆記本電腦。提供方便的評估（EV）套件來測試器件和本應(yīng)用。

審核編輯：郭婷