모든 규격을 통합할 표준 : HDMI를 추가한 C형 USB ②
글/폴 피커링(Paul Pickering)/프리랜서 테크니컬 라이터
HDMI 대체 모드의 아키텍처
HDMI를 C형 USB 포트에 추가하는 데 필요한 하드웨어 성분은 어떤 것이 있을까? 그림 5는 USB PD 포트의 블록 선도로, 대체 모드 성분이 강조되었다. USB PD 전력 수준을 명시하지 않았지만 대체 모드에 동의하려면 CC 라인을 통한 협상이 필요하다. 따라서 USB PD PHY 및 PD 매니저는 여전히 포함되어야 한다.
• PHY(대체 모드 물리 계층 장치)는 하이엔드 GPU (그래픽 처리 장치)에서 영상 정보를 가져와서 TMDS 차동 데이터 라인 3개에 인코딩한다.
• MUX(대체 모드 멀티플렉서)는 HDMI AM과 USB 실행 사이에서 스위칭을 허용한다. HDMI 애플리케이션에 대해 HDMI 신호를 올바른 C형 커넥터에 연결하며, USB 3.1 애플리케이션에 대해 RX/TX 신호를 연결하고 케이블 방향에 따라 신호를 교환한다.
실제 구현
HDMI AM 사양은 새로 공개되었기 때문에 애플리케이션 용 칩셋은 아직 개발 중이다. 하지만 디스플레이포트 AM 부품은 이미 출시되었으며 HDMI 형식 변환기를 설치해서 사용할 수 있다. 그림 6은 USB, HDMI 대체 모드, 풀 USB PD 사양을 지원하는 C형 USB 포트의 블록 선도이다.
2개 소자가 설계의 기초를 구성한다. 첫째, Texas Instruments의 TPS65982 자립형 C형 USB 및 PD 컨트롤러는 다음처럼 다양한 업무를 수행한다.
• C형 USB 케이블 체결 및 플러그의 방향 감지
• 전력 전송 특성을 협상, 작동 모드를 결정하는 감독 마이크로컨트롤러에 I2C를 통해 정보를 전달
• 멀티플렉서가 USB 또는 HDMI 신호를 적합한 목적지로 라우팅할 수 있도록 AM 설정을 구성
• 이 과정에서 TPS65982는 USB 전력 라우팅 및 제어 기능도 관리
둘째, Texas Instruments의 HD3SS460 고속 양방향 수동 4 x 멀티플렉서/디멀티플렉서는 AM과 USB 모드 간 스위칭 업무를 수행하며 커넥터 플리핑을 수용한다.
마지막에 있는 빌딩 블록은 디스플레이포트에서 HDMI 형식으로 변환하는 영상 변환기이다.
설계 시 고려사항
지금까지 논의한 메인 블록에 더해 3개 항목에 주의할 필요가 있다. 처음 2개는 전기 과부하로부터 보호하고 세 번째 요소는 시스템 전체의 성능을 향상시킨다.
1. 보호에 관심을 기울여라
USB 포트는 회로 외부와 연결되기 때문에 케이블을 체결 또는 분리할 때 잠재적 ESD 충격으로부터 보호할 수 있도록 설계되어야 하지만 상이한 ESD 솔루션에는 상이한 핀이 필요하다. 데이터 전송률이 기가비트 수준인 경우 설계자는 신호 무결성을 유지할 수 있도록 각별히 유의해야 한다. ESD 보호 소자 등 고속 데이터 채널에 회로망을 추가하는 경우 라인에 최소한의 정전용량을 추가해야 한다. 또한 전체 신호 경로에서 임피던스 정합을 유지해야 한다. 어느 하나라도 일치하지 않는 경우 신호가 반사되어 지터가 증가하고 신호 품질은 하락하기 때문이다. SBU 및 CC 등 저속 데이터를 전달하는 핀은 추가되는 정전용량 또는 임피던스 부정합처럼 민감하지 않다.
TX/RX 핀 8개는 USB 및 HDMI 모드에서 USB 작동용 USB 3.1 채널, TMDS 채널 3개, HDMI AM 작동용 클록 등 고속 데이터 채널을 담당한다.
Texas Instruments의 TPD4E02B04 TVS(과도 전압 억제) 장치는 고속 데이터 핀을 보호한다. 이 장치는 4채널, 양방향 ESD 보호 다이오드 어레이로 채널 당 I/O 정전용량이 0.25pF에 불과하며, 일치하는 트레이스 임피던스를 플로-스루 라우팅하는 특징이 있는 업계 표준 USON-10 패키지를 사용한다.
ESD로부터 저속 핀을 보호하는 기능은 아래에서 설명할 다른 소자에 포함되어 있다...(중략)
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