【SI_DP】深入理解DP协议AUX通道信号

1. DP AUX通道概述1.1. DP协议AUX信号概述DisplayPortDP协议中的AUX差分信号是一条独立的双向传输辅助通道采用交流耦合差分传输方式。该通道为半双工传输单一方向速率约为1Mbit/s主要用于传输设定与控制指令。AUX通道的主要功能包括读取扩展显示识别数据(EDID)以确保DP信号的正确传输读取显示器所支持的DP接口信息如主要通道的数量和DP信号的传输速率进行各种显示组态暂存器的设定以及读取显示器状态暂存器。1.2. AUX信号作用EDID数据读取AUX通道能够读取显示器的EDID数据这是确保DP信号能够正确传输到显示器所必需的信息。DP接口信息读取通过AUX通道source端可以读取sink端如显示器所支持的DP接口信息包括主要通道的数量和DP信号的传输速率等。显示组态设定AUX通道还用于进行各种显示组态暂存器的设定以确保显示器能够按照预期的方式显示图像。显示器状态读取source端可以通过AUX通道读取显示器的状态暂存器以获取显示器的当前状态信息。1.3. AUX信号传输特性交流耦合差分传输AUX通道采用交流耦合差分传输方式这意味着信号在传输过程中会经过交流耦合电容以隔离source和sink两端的直流成分。双向半双工传输AUX通道为双向半双工传输通道即在同一时间内只能进行单向的数据传输。速率限制单一方向的传输速率约为1Mbit/s这限制了AUX通道能够传输的数据量但足以满足传输控制指令的需求。1.4. DP AUX通道工作原理在AUX差分信号中通常会使用100kΩ的上下拉电阻且AUX_N做上拉AUX_P做下拉。这种设计的原因如下协助sink端检测source端连接状态通过100kΩ的上下拉电阻sink端可以检测到AUX差分信号的直流电平变化从而判断source端是否连接上以及是否上电。具体来说1. 当sink检测到AUX是低电平时表示DP source已连接2. 当检测到AUX-是高电平时表示DP source已上电。符合DP协议规范DP协议中明确规定了AUX差分信号的传输特性和上下拉电阻的使用要求。因此使用100kΩ的上下拉电阻是符合DP协议规范的必要措施。‌传输速率与模式‌采用双向半双工通信模式单一方向传输速率约 1Mbps由一对差分信号线AUX_P 和 AUX_N构成 。‌信号耦合方式‌信号传输采用交流耦合AC Coupling通常在信号线上串联 0.1uF 隔离电容以隔离源端和接收端的直流成分 。1.5. AUX编码方式曼彻斯特-II 编码的自时钟特性让接收端在没有外部时钟的情况下也能恢复数据这也是 AUX_CH 能在低功耗状态下工作的关键。每个数据位的中间必须有一个跳变电平1 中间由低电平跳变到高电平上升沿电平 0 中间由高电平跳变到低电平下降沿​自时钟特性接收端可以直接从数据跳变中恢复时钟无需额外时钟线1.6. AUX事务流程阶段关键动作标准定义/参数时序/编码说明接收端行为1. 空闲状态总线无驱动AUX_CH_P/N 处于终端电压无信号无跳变等待总线被驱动2. 预充电阶段发起方发送预充电序列10~16 个连续的曼彻斯特-II 编码目的将 AUX_CH_P/N 预充电到共模电压消除信号残留检测到总线被驱动开始准备接收3. 前导码阶段发起方发送前导码16 个连续的曼彻斯特-II 编码与预充电序列一起构成 26~32 个连续的接收端建立时钟同步4. AUX_SYNC 结束序列发起方发送同步结束标记非法曼彻斯特-II 序列AUX_CH_P高 2 比特周期 → 低 2 比特周期AUX_CH_N相反极性比特率 1Mbps 时2 比特周期 2µs作用标记同步阶段结束锁定同步序列准备接收数据5. 数据传输阶段发起方传输实际数据采用标准曼彻斯特-II 编码每个数据位中间必有跳变低→高高→低按曼彻斯特-II 规则解码数据6. AUX_STOP 停止序列发起方发送事务结束标记非法曼彻斯特-II 序列AUX_CH_P高 2 比特周期 → 低 2 比特周期AUX_CH_N相反极性与同步结束序列格式相同作用标记事务结束停止接收数据准备总线释放7. 总线释放发起方立即释放总线事务结束后立即释放无额外延迟回到空闲状态等待下一次总线驱动2. DP AUX状态表AUX_CH 基础角色与特性半双工双向通道同一时间只能有一方主/从驱动信号。主设备AUX_CH RequesterDPTXSource 端主动发起请求事务。从设备AUX_CH ReplierDPRXSink 端被动回复请求事务。2.1. DPTXSource 端主设备状态流转状态名称核心角色关键行为转换条件进入/退出S0DPTX Not Ready复位/未就绪态设备未就绪无法发起任何 AUX 事务。RESET 有效时所有状态都会强制回到此状态。进入任何状态下 RESET 有效 / 设备被禁用后重新启用退出RESET 解除S1DPRX Not Detected连接未检测态已退出复位但未检测到 DPRXSink取消所有挂起的 AUX 命令等待 HPD 信号。进入从 S0 解除复位 / HPD 信号消失退出HPD 信号有效检测到 SinkS2AUX IDLE空闲/可发起态已检测到 DPRX处于 Talk 模式可随时发起 AUX 请求事务。进入从 S1 检测到 HPD / 从 S3 收到回复或超时退出发起 AUX 请求事务进入 S3S3AUX Request CMD Pending请求等待态已发送请求事务转为 Listen 模式等待 DPRX 回复。事务完成后启动 定时器。进入从 S2 发起请求事务退出收到回复命令 / 回复超时 / HPD 消失2.2. DPRXSink 端从设备状态流转状态名称核心角色关键行为转换条件进入/退出D0DPRX Not Ready复位/未就绪态设备处于复位状态或 HPD 信号无效。AUX_CH 可能被禁用无法响应任何事务。进入任何状态下 RESET 有效 / HPD 信号无效退出RESET 解除且 HPD 信号有效D0 (可选)DPTX Not Detected上游设备检测态解除复位但未检测到供电的 DPTXHPD 信号无效。AUX_CH 可能被禁用。进入从 D0 解除复位但未检测到 DPTX退出检测到供电的 DPTXD1AUX Idle空闲/监听态HPD 信号有效已检测到 DPTX。设备处于 Listen 模式等待 AUX 请求命令。进入从 D0/D0 检测到 DPTX 并就绪退出收到 AUX 请求事务 / 检测到无效信号D2AUX Reply CMD Pending回复准备态收到请求事务转为 Talk 模式准备发送回复ACK/NACK/DEFER。事务开始时启动 定时器。进入从 D1 收到 AUX 请求事务退出回复事务完成 / 回复超时 / HPD 消失3. AUX信号电气参数测试3.1. AUX电气参数标准1. 波形与测量点V20% 信号跳变沿上差分电压达到峰峰值的 20% 位置V80% 信号跳变沿上差分电压达到峰峰值的 80% 位置ΔT20-80% 从 20% 到 80% 的时间差即 上升/下降时间RT/FTΔV20-80% 从 20% 到 80% 的电压差为峰峰值的 60%VAUX_PP_DIFF_MEAN AUX 差分信号的峰峰值平均值计算时忽略过冲/振铃2. 压摆率Slew Rate计算公式标准定义的压摆率是基于 20%-80% 区间的变化率公式中 ×0.6 是因为 20%-80% 的电压差 峰峰值的 60%ΔT20-80%_min 是最小上升/下降时间对应最坏情况下的最大压摆率3.2. AUX信号测试点定义3.3. AUX信号眼图定义1. TX发射端眼图定义2. RX接收端眼图定义