개요: MAX4929E는 모니터 또는 HDTV 수신기에 사용하도록 설계된 저주파 HDMI/DVI 스위치이다. 이 소자는 스위치해야 하는 모든 저주파 신호를 처리하며, 신제품 MAX4886 TMDS 스위치 또는 2개의 입력을 갖는 모든 TMDS 수신기에 함께 제공되는 부품이다.
비디오 전송은 최근 수년 사이에 아날로그에서 디지털 링크로 거의 완전히 전환되었다. VGA와 컴포넌트 비디오 -아날로그 비디오 링크- 는 현재 HDMI™와 DVI™로 대체되고 있다. 이 두 디지털 비디오 표준은 거의 동일한 요구사항을 가지며, 일련의 고주파 및 저주파 신호를 동시에 처리해야 한다. DVI 규격은 1999년에 최종 확정되었으며, HDMI 규격은 이 글을 작성하는 현재 1.3 버전까지 나와 있다. 두 규격은 모두 데이터의 고주파 (비디오) 부분을 위해 TMDS®(Transition Minimized Differential Signaling)를 사용한다. TMDS 신호는 19핀 커넥터 중 8핀을 차지하는 4개의 차동 페어를 통해 R,G,B 및 클록을 전송한다. HDMI와 DVI는 모두 모니터(싱크)와 소스가 연결되어 "플러그 앤 플레이(plug and play)" 동작을 하도록 설계되어 있어 최적의 성능으로 함께 동작할 수 있는 방법을 찾고 있다. 새로운 TMDS HDTV 칩에는 대부분 2세트의 완전한 TMDS (high-frequency) 입력이 포함되어 있지만, LoF (low-frequency) 신호는 처리할 수 없다.
HDMI와 DVI 시스템에서 "플러그 앤 플레이" 기능을 구현하려면 소스(컴퓨터, DVD 플레이어, 게임 등)와 싱크(모니터나 수신기)를 연결해야 한다. HDMI와 DVI는 모두 VESA (Video Electronics Standard Association) 개방 표준을 채택하고 있다. VESA 표준은 DDC(Digital Display Channel), HPD(Hot-Plug Detect)라 불리는 새로운 신호 1개, 그리고 소스에서 싱크로 50mA를 인가할 수 있는 표준 5V 신호를 사용한다. 일반 VESA 방식에서 소스는 EDID (Extended Display Identification Data) EPROM을 지원한다. 이 EPROM 소자에는 싱크의 브랜드, 모델 번호, 지원하는 분해능 모드에 대한 데이터가 포함되어 있다. 적절한 기능 수행을 위해 소스와 싱크는 최소 하나의 공통 디스플레이 모드를 가지고 있어야 한다. 그림 1은 HDMI/DVI 커넥터를 통해 소스에서 싱크로 연결되는 EDID EPROM의 사용을 보여준다.
그림 1. 소스에서 싱크로 EDID EPROM을 연결하는 HDMI/DVI 커넥터
그림 1에서 TMDS 신호는 +5V, HPD 및 DDC 신호로 구성된 4개 차동 페어로 연결된다. DDC 신호는 EDID에 연결된다. EDID를 위한 전력은 싱크에 의해 내부에서 제공된다. 그림은 소스와 싱크 간의 일반적인 연결 모드를 보여준다. 소스와 싱크는 I²C와 호환되는 DDC 라인을 통해 통신한다. 1980년대 지정된 I²C 규격은 +5V 기준 규격이다. 24LC22와 같은 일반적인 EDID EPROM에는 필요한 정보를 저장하기 위해 2kb의 EPROM이 내장되어 있으며, 2.5V ~ 5.5V 범위에서 동작한다. +3.3V로 동작할 때 일반적인 저가형 EDID EPROM은 +5V까지 견디지 못한다. EDID EPROM 소자는 +5V로 동작해야 하며, 그렇지 않을 경우 외부적으로 +5V로부터 보호해야 한다.
두 HDMI/DVI 소스를 스위칭하려면 설계자는 앞에서 언급한 TMDS 고주파 신호와 모든 LoF 신호, 전혀 다른 이 두 종류의 신호를 처리해야 한다. 최근 고주파 TMDS 신호를 처리하는 2세트의 TMDS 입력이 내장된 몇몇 HDMI 프로세서가 나와 있지만, 이 프로세서들은 LoF 신호와 만날 경우 상대적으로 높은 전압을 처리하지 못한다. Maxim은 LoF 신호에서 유연성을 극대화 하고 선택의 폭을 넓혀주는 MAX4929E를 설계하였다.
LoF 비디오 소스 간 스위칭
MAX4929E에서 외부 커넥터로 가는 모든 신호는 ±15kV HBM(Human Body Model)까지 보호된다. 이처럼 ESD 보호 레벨이 매우 높기 때문에 이들 핀에 대한 추가 보호 기능이 필요치 않다. MAX4929E는 2세트의 DDC 신호가 존재할 수 있도록 하므로, 소자는 어느 입력이나 선택할 수 있다. 이러한 소스 스위칭은 ESD로부터 신호를 보호하고, 한 번에 하나의 소스만 선택하며, 소스보다 높은 전압으로부터 EDID EPROM을 보호하는 로직 레벨 클램핑을 제공하는 등 여러 기능들을 구현한다. MAX4929E는 매우 적은 양의 전류만 소비하며, 소스 소자를 통해 +5V 전원 요건을 준수한다.
MAX4929E는 전압 시퀀싱 요구사항이 없으므로, 설계자는 특정 소스가 꺼져 있는 동안 특정 소스 소자가 켜질 때 발생할 수 있는 상황에 대해 걱정할 필요가 없다. 소스 간의 스위칭은 여러 가지 이유로 매우 편리하다. 스위칭은 싱크를 통해 어느 소자를 연결할지 제어할 수 있게 하고, 두 번째 케이블이 I²C 버스를 로드하지 못하도록 방지한다. 이 후자의 장점은 두 소스가 동시에 동일한 부하에 인가되면서 발생되는 다음 두 가지 문제를 해결한다.
마스터의 충돌 가능성
과도한 용량성 부하 (각 케이블당 200pf/m 출력 가능)
두 번째 2m 케이블을 주 케이블에 추가하면, 최대 용량 규격인 700pf를 위반하게 된다. 스위치를 사용하면 I²C 드라이버는 한 번에 하나의 부하만 "감지한다". 이러한 방식으로 3m 케이블을 2개 연결해도 700pf 규격을 위반하지 않는다.
대부분의 시스템에서 MCU는 이벤트를 제어한다. MCU는 입력의 동작 여부를 결정하고 EDID 핸드셰이크 발생 후 TTL 호환 HPD 신호를 리턴한다. MAX4929E는 이러한 기능을 사용하여 다음 세 가지 문제를 해결한다(그림 2).
HPD 출력에서 ESD 보호
선택된 HDMI 입력이 실제로 연결되었는지 MCU가 결정할 수 있도록 허용
저전압 MCU로부터 5V TTL 호환 신호로 로직 레벨 변환 제공
그림 2. MAX4929E의 일반적인 회로 훅업. 이 소자는 2:1 HDMI 또는 DVI 스위치를 완벽하게 구성하는 데 필요한 모든 스위칭, 로직 레벨 정합 및 ESD 보호 기능을 제공한다.
ESD 보호에 대해서는 이미 설명하였다. 만약 HPR 신호가 로직 하이이면(+5V 공칭), MCU에 라우팅되는 핀에 로직 하이가 인가된다. MAX4929E의 기준 핀이 MCU의 전원에 연결되기 때문에 이 후자의 핀은 MCU와 로직 레벨 호환된다. 선택된 입력에 +5V 신호가 존재하면, MCU는 로직 레벨 호환 신호를 감지한다. 이 신호를 수신한 이후 MCU는 HPD 신호를 제공할 수 있다. MAX4929E는 HPD 신호를 적절한 HDMI 소자로 "조종하고", 해당 소자에 완전한 TTL 호환 신호를 제공한다. MAX4929E는 저전압 MCU 로직 1 또는 로직 0을 사용하여, HPD를 위해 TTL 호환되는 비반전 0 또는 1을 생성한다. 입력과 마찬가지로 이 신호 역시 신호의 기준이 MCU와 동일한 전원에 연결되기 때문에 로직 레벨 호환이 보장된다.
MAX4929E는 2개의 고주파 입력을 갖는 TMDS 소자와 원활한 기능을 수행하는 외에도 MAX4886 HDMI/DVI 비디오 스위치와 함께 하나의 칩셋을 구성할 수 있다. 이 경우 2세트의 TMDS 입력을 사용하여 이를 단일 칩셋으로 연결한다. MAX4886/MAX4929E 칩셋은 두 번째 입력 세트를 단일 입력 소자에 원활히 추가한다.
결론
MAX4929E는 2:1 HDMI/DVI 스위치에 필요한 모든 LoF 신호의 스위칭을 관리하며 모든 외부 라인에 높은 수준의 ESD 보호 기능을 제공한다. 이 소자는 EDID EPROM과 함께 입력에서 +5V 신호 레벨을 받아들이고 출력을 +3.3V로 클램핑하여 EDID와 정합시킨다. 이 밖에도, 라인 중 하나의 커패시턴스를 제거함으로써 DDC 출력은 한 번에 오직 한 세트의 DDC와 연결된다. MAX4929E는 시스템 MCU와 동일한 전원에 연결할 수 있는 세 번째 입력 전압을 갖는다. 이러한 기능은 SEL, HPR 및 HPD 신호가 MCU와 로직 레벨 호환되도록 보장한다. 이 소자는 2:1 HDMI 또는 DVI 스위치를 완벽하게 구성하기 위해 필요한 모든 스위칭, 로직 레벨 정합, ESD 보호 기능을 제공하며, 단일 입력 소자를 위한 스위칭 기능을 지원하기 위해 MAX4886의 기능에 추가된다.
DVI는 Digital Display Working Group (DDWG)의 상표이다.
HDMI는 HDMI Licensing, LLC.의 상표이다.
TMDS는 Silicon Image, Inc.의 등록상표이다.
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