笔记本电脑VGA信号切换参考设计
笔记本电脑vga信号切换参考设计
摘要：本文介绍了一种利用max4885e低电容vga开关实现笔记本电脑视频切换的解决方案。max4885e的电流损耗近乎为零，集成在4mm × 4mm封装内，器件包含了分立方案所需的绝大部分开关和有源元件。所有输出端具有±15kv人体模式(hbm) esd保护，设计人员可以省去大量的esd保护元件，从而降低了成本、节省了电路板空间。本文给出了max4885e在笔记本电脑和坞站之间用于切换vga信号的应用电路。
概述自1987年ibm研制出pc机以来，模拟vga信号就一直是pc机的一部分。现在，大部分商用笔记本电脑需要与坞站和投影仪配合使用。几乎所有投影仪都具有一个vga端口，这是连接笔记本电脑最常用的方式。虽然dvi™和hdmi™等数字连接方式不断涌现，大部分投影仪仍然仅支持vga。
在数字标准能够完全替代笔记本电脑通用的蓝色vga连接器之前，对于vga支持的需求还会延续很多年。maxim推出的max4885e低电容vga开关即是针对这种切换功能而设计的。
max4885e的电流损耗近乎为零，集成在4mm × 4mm封装内，器件包含了分立方案所需的绝大部分开关和有源元件。所有输出端具有±15kv hbm (人体模式) esd保护，设计人员可以省去大量的esd保护元件，从而降低了成本、节省了电路板空间。
max4885e优化用于vga切换 rgb开关rgb开关要求较宽频带，max4885e包含3路spdt开关，50ω负载下，具有大于900mhz的带宽；在视频系统通用的75ω负载下，具有大于600mhz的带宽。qsxga制式(2560 × 2048)需要大约500mhz的带宽，以保证通过三次谐波，保持波形质量。有些设计人员采用传统的具有12pf电容的“总线开关”，而max4885e的电容只有6pf。此外，传统的总线开关还需要esd保护二极管，从而会进一步降低带宽、增加系统成本。
ddc开关max4885e同样采用ddc开关，利用一对spdt n沟道fet切换sda和scl信号。通过控制开关输出，系统仅连接到使用的监视器。由于某一时刻仅连接一台设备，开关输出进一步降低了ddc电路的电容。另外，所有输出端具有±15kv (hbm) esd保护，省去了额外的esd保护二极管。fet栅极切换至vl电平，该电压与gpu的i/o电压(2.5v至3.3v)相同。ddc信号实际为i²c信号，在开关两侧需要上拉电阻。连接至监视器的信号可能高达5.5v，需要对gpu进行保护和电平转换。通过将fet栅极偏置到与gpu相同的电压，fet能够在信号超出vl电平时为gpu提供有效保护¹。采用两个spdt n沟道fet，gpu仅有一个容性负载，可以避免高压和esd冲击时造成损坏。
行同步和场同步电平转换和缓冲gpu的行同步和场同步电信号需要转换成ttl电平信号。监视器的上拉能够把这些信号拉至+5.5v。max4885e有一对电平转换缓冲器，接收0.8v至2v的信号，然后转换成ttl输出；器件能够提供±8ma电流驱动，满足vesa规范。输出以5v为参考，不存在电压兼容问题。行、场输出具有±15kv (hbm) esd保护，不需要额外的esd保护二极管。
集成lc滤波器用于谐波稳定max4885e在微小的4mm × 4mm tqfn封装内集成了开关、fet、缓冲器，用于切换vga信号。然而，许多系统需要限制带宽的滤波器，以滤除谐波、降低辐射。max4885e没有包含这样的滤波器。无源元件体积过大，有源滤波器则消耗相当大的电流。如果在max4885e内部集成三个运算放大器/滤波器，所消耗的电流将会达到100ma—笔记本电脑很难接受这样高的损耗。因此，器件内部采用了lc滤波器，既不消耗电流，也能实现同样的功能。max4885e在空闲模式下仅消耗低于5µa的电流，驱动监视器时，行、场同步信号缓冲器消耗几个ma的电流。
高集成度减少元件数量从表1可以看出，max4885e能够替代多达14个标准器件，值得强调的是，max4885e的封装尺寸只有16mm²。
表1. max4885e能够节省的器件 quantity component function package size
(mm²)
1 74fst3257 r,g,b 16-tssop 35
2 74lvc1g125 h,v sc70 8 4 2n7002 ddc sot23 24
7 nup2301 esd sc88 28 total
savings 14 95
从这里列出的max4885e所取代的标准、廉价的器件来看，14个标准器件需要占用95mm²的尺寸。利用一些专用的集成器件可以将器件数量减少到10个，尺寸缩减到50mm²，当然，毫无疑问，器件成本也会提升。
max4885e的销售价格低于这些器件的价格总和。因此，max4885e在节省电路板尺寸的同时也降低了系统成本。它能够有效提高rgb开关的可靠性和高频模拟性能。
应用电路图1所示电路是max4885e在笔记本电脑坞站中的典型应用。图中给出了所有关键器件，考虑了所有esd保护需求，只需要一个控制信号选择坞站或内部连接器。max4885e在空闲状态下仅消耗几个µa的电流，提供行、场信号驱动时消耗几个ma的电流。
图1. 笔记本电脑和坞站之间vga连接应用电路，采用max4885e vga开关。分配给坞站的连接器引脚由设计人员确定，该设计仅给出了一种配置的示意图。
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概述自1987年ibm研制出pc机以来，模拟vga信号就一直是pc机的一部分。现在，大部分商用笔记本电脑需要与坞站和投影仪配合使用。几乎所有投影仪都具有一个vga端口，这是连接笔记本电脑最常用的方式。虽然dvi™和hdmi™等数字连接方式不断涌现，大部分投影仪仍然仅支持vga。
在数字标准能够完全替代笔记本电脑通用的蓝色vga连接器之前，对于vga支持的需求还会延续很多年。maxim推出的max4885e低电容vga开关即是针对这种切换功能而设计的。
max4885e的电流损耗近乎为零，集成在4mm × 4mm封装内，器件包含了分立方案所需的绝大部分开关和有源元件。所有输出端具有±15kv hbm (人体模式) esd保护，设计人员可以省去大量的esd保护元件，从而降低了成本、节省了电路板空间。
max4885e优化用于vga切换 rgb开关rgb开关要求较宽频带，max4885e包含3路spdt开关，50ω负载下，具有大于900mhz的带宽；在视频系统通用的75ω负载下，具有大于600mhz的带宽。qsxga制式(2560 × 2048)需要大约500mhz的带宽，以保证通过三次谐波，保持波形质量。有些设计人员采用传统的具有12pf电容的“总线开关”，而max4885e的电容只有6pf。此外，传统的总线开关还需要esd保护二极管，从而会进一步降低带宽、增加系统成本。
ddc开关max4885e同样采用ddc开关，利用一对spdt n沟道fet切换sda和scl信号。通过控制开关输出，系统仅连接到使用的监视器。由于某一时刻仅连接一台设备，开关输出进一步降低了ddc电路的电容。另外，所有输出端具有±15kv (hbm) esd保护，省去了额外的esd保护二极管。fet栅极切换至vl电平，该电压与gpu的i/o电压(2.5v至3.3v)相同。ddc信号实际为i²c信号，在开关两侧需要上拉电阻。连接至监视器的信号可能高达5.5v，需要对gpu进行保护和电平转换。通过将fet栅极偏置到与gpu相同的电压，fet能够在信号超出vl电平时为gpu提供有效保护¹。采用两个spdt n沟道fet，gpu仅有一个容性负载，可以避免高压和esd冲击时造成损坏。
行同步和场同步电平转换和缓冲gpu的行同步和场同步电信号需要转换成ttl电平信号。监视器的上拉能够把这些信号拉至+5.5v。max4885e有一对电平转换缓冲器，接收0.8v至2v的信号，然后转换成ttl输出；器件能够提供±8ma电流驱动，满足vesa规范。输出以5v为参考，不存在电压兼容问题。行、场输出具有±15kv (hbm) esd保护，不需要额外的esd保护二极管。
集成lc滤波器用于谐波稳定max4885e在微小的4mm × 4mm tqfn封装内集成了开关、fet、缓冲器，用于切换vga信号。然而，许多系统需要限制带宽的滤波器，以滤除谐波、降低辐射。max4885e没有包含这样的滤波器。无源元件体积过大，有源滤波器则消耗相当大的电流。如果在max4885e内部集成三个运算放大器/滤波器，所消耗的电流将会达到100ma—笔记本电脑很难接受这样高的损耗。因此，器件内部采用了lc滤波器，既不消耗电流，也能实现同样的功能。max4885e在空闲模式下仅消耗低于5µa的电流，驱动监视器时，行、场同步信号缓冲器消耗几个ma的电流。
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max4885e的销售价格低于这些器件的价格总和。因此，max4885e在节省电路板尺寸的同时也降低了系统成本。它能够有效提高rgb开关的可靠性和高频模拟性能。
应用电路图1所示电路是max4885e在笔记本电脑坞站中的典型应用。图中给出了所有关键器件，考虑了所有esd保护需求，只需要一个控制信号选择坞站或内部连接器。max4885e在空闲状态下仅消耗几个µa的电流，提供行、场信号驱动时消耗几个ma的电流。
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