一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路

摘要

本发明提供一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，包括DP发送端模块和DP接收端模块；DP发送端模块，实时解析源端接口信号，压缩后发送给DP接收端，并且从DP接收端模块接收反向通信信号，实时解压缩后传输给源端；DP接收端模块，实时解析从DP发送端接收到的信号，解压然后传输给显示设备端，并且将显示设备端的信号，实时压缩后发送给DP接收端模块；DP发送端模块的解析模块与DP接收端模块的解析模块，根据实际通信状态合理切换IO方向，实现低延迟的双向通信。本发明能够完整实现AUX+，AUX‑信号传输，支持DP和HDMI，DVI的协议转换。

说明书

技术领域

本发明涉及微电子通信技术领域，特别涉及一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路。

背景技术

随着显示技术的不断发展，显示器分辨率的不断提高，消费者对显示的需求正从4k显示逐渐转变8k显示。Display Port协议是由VESA组织维护的一个开源的音视频数据协议，该协议越来越受到主机厂商，中高端显卡厂商及显示器厂商青睐。从DP1.2，DP1.4到最新的DP2.0，DP(DisplayPort，显示接口)接口的最大数据传输速率从21.6Gbps到32.5Gbps提升到了77.37Gbps。这样的趋势下铜线传输已经逐渐成为显示数据传输的瓶颈，光进铜退成为了显示技术发展的必然趋势。真正实现长距离高质量的光纤显示传输除了要处理高速信号的高质量传输外，带外信号即DP协议中的AUX+，AUX-(DisplayPort协议中的一个引脚)等低速信号的光纤传输也是亟待解决的问题。这些低速信号对显示控制，用户操控等方面起着重要的作用。因此这些低速信号的低成本，低延迟，高兼容性的光纤传输对于光纤DP的实现起着尤为重要的作用。然而，AUX+，AUX-这种半双工通信不能与光纤通信这种单向通信较好的兼容。另外DP++协议又提出了DP协议与HDMI(High Definition MultimediaInterface，高清多媒体接口),DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)协议之间的兼容要求，如何正确选择实际使用的传输协议成为的问题。随之而来SDA(Serial DataLine，串行数据线)，SCL(Serial Clock Line，串行时钟线)及CEC(Consumer ElectronicsControl，消费类电子控制)信号的光纤传输问题也需要解决。

现有技术中，关于音视频数据传输线协议低速信号传输已出现了一些解决方案：

(1)上电读取显示设备端DPCD信息，然后以光纤通信方式传输给源端。该方法可以有效的在源端复制一份显示设备端的DPCD，使得远端发起AUX通信时正确读取显示设备的DPCD信息。但是该方案的缺陷在于无法支持I2C over AUX，HDCP(High-bandwidth DigitalContent Protection，高带宽数字内容保护技术)等实时通信的功能。

(2)使用存储转发的方式，首先接收AUX(Auxiliary Channel，dp的辅助通信通道)信息，当需要设备端响应时使用AUX DEFER回应收到AUX DEFER主设备等待一定延迟后在发起重新访问。主从设备间使用自定义协议通信，以包交换的形式交换两端数据。当从设备读取数据完毕后，发包更新主设备端的缓存，主设备重试后可读取该数据。但是该方案的缺点是响应延时较长，需要等读取从设备响应后再反馈给源设备。且若AUX DEFER后有其他通信，则之前的通信失败，因此该方案的兼容性较差

现有的纯光DP方案中均未对HDMI及DVI协议兼容问题进行处理，对于某些DP++(DisplayPort MultiMode，可兼容DVI，HDMI,DP三个协议的多模式DP协议)的设备或者连接某些DP到HDMI或DVI的转接头时这样的DP线缆将无法正常工作。

因此，为了解决现有技术中存在的问题，完整实现AUX+，AUX-信号传输，支持DP和HDMI，DVI的协议转换，需要一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，所述电路包括DP发送端模块和DP接收端模块；

所述DP发送端模块，实时解析源端接口信号，压缩后发送给DP接收端，并且从DP接收端模块接收反向通信信号，实时解压缩后传输给源端；

所述DP接收端模块，实时解析从DP发送端接收到的信号，解压然后传输给显示设备端，并且将显示设备端的信号，实时压缩后发送给DP接收端模块；

DP发送端模块的解析模块与DP接收端模块的解析模块，根据实际通信状态合理切换IO(Input/Output，输入/输出)方向，实现低延迟的双向通信。

优选地，所述DP发送端模块包括AUX解码及转发单元，DDC(Direct DigitalControl，直接数字控制)解码及转发单元，CONFIG解析单元，协议切换单元，CEC解码及转发单元，CEC仲裁单元，时分复用单元，信道编码单元，同步单元，解时分复用单元，发送电路和接收电路。

优选地，所述DP接收端模块包括AUX解码及转发单元，DDC解码及转发单元，CONFIG解析单元，协议切换单元，CEC解码及转发单元，CEC仲裁单元，时分复用单元，信道编码单元，同步单元和解时分复用单元，发送电路和接收电路。

优选地，所述DP发端模块中，CONFIG解析单元根据源端CONFIG1脚的电平和从光路传来的显示设备端的CONFIG1(DisplayPort协议中的一个引脚)信号，判决通信协议。

优选地，所述DP发端模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，

则AUX解码及转发单元，实时解析源端的AUX+和AUX-信号，协议切换单元选择AUX和AUX-信号传输。

优选地，所述DP发端模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI，DVI通信，

则DDC解码及转发单元，实时解析源端的SDA和SCL信号，协议切换单元选择SDA和SCL信号传输。

优选地，所述DP接收模块中，CONFIG解析单元根据显示设备端CONFIG1脚的电平和从光路传来的源端的CONFIG1信号，判决通信协议。

优选地，所述DP接收模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，

则AUX解码及转发单元，实时解析显示端的AUX+和AUX-信号，协议切换单元选择AUX+和AUX-信号传输。

优选地，所述DP接收模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI/DVI通信，

则DDC解码及转发单元，实时解析显示端的SDA和SCL信号，协议切换单元选择SDA和SCL信号传输。

本发明提供的一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，能够完整实现AUX+，AUX-信号传输，支持DP和HDMI，DVI的协议转换，保证方案的低成本，低延时，高可靠性，高兼容性对实现纯光DP传输。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路的总体结构示意图。

图2示出了本发明DP发送端模块的DDC解码及转发单元的结构示意图。

图3示出了本发明DP接收端模块的DDC解码及转发单元的结构示意图。

图4示出了本发明DP发送端模块的AUX解析及转发单元的结构示意图。

图5示出了本发明DP接收端模块的AUX解析及转发单元的结构示意图。

图6示出了本发明另一个实施例中本发明电路与高速信号转发结合的示意图。

图7示出了本发明再一个实施例中本发明电路DP接收端模块连接HDMI协议转换接口连接的示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，以完整实现AUX+，AUX-信号传输，支持DP和HDMI，DVI的协议转换。实现把AUX+，AUX-，SDA，SCL，CEC，HPD(Hot Plug Detection，热插拔检测)，CONFIG等低速信号使用光纤传输进行全双工通信并且支持对DP与HDMI，DVI的自动协议转换。

如图1所示本发明DP发送端模块的DDC解码及转发单元的结构示意图，根据本发明的实施例，一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，包括DP发送端模块和DP接收端模块。源端与DP发送端模块相连，DP接收端模块与显示设备端相连。

DP发送端模块，实时解析源端接口信号，压缩后发送给DP接收端，并且从DP接收端模块接收反向通信信号，实时解压缩后传输给源端。

实施例中，DP发送端模块把源端的低速信号通过信号解析，时分复用，信道编码，发射电路经过激光器，光纤和光电探测器组成的光电/电光转换路径到达DP接收端模块，再经过DP接收端模块的接收电路，同步单元，解码单元，解复用单元到显示设备端的低速信号接口。

DP接收端模块，实时解析从DP发送端接收到的信号，解压然后传输给显示设备端，并且将显示设备端的信号，实时压缩后发送给DP接收端模块。

显示设备端的低速信号通过信号解析，时分复用，信道编码，发射电路经过光纤到达DP发送端，再经过DP发送端模块接收电路，同步单元，解码单元，解复用单元到源端的低速信号接口。

DP发送端模块的解析模块与DP接收端模块的解析模块，根据实际通信状态合理切换，实现低延迟的双向通信。

下面对本发明的DP发送端模块和DP接收端模块进行说明。

DP发送端模块包括AUX解码及转发单元，DDC解码及转发单元，CONFIG解析单元，协议切换单元，CEC解码及转发单元，CEC仲裁单元，时分复用单元，信道编码单元，同步单元，解时分复用单元，发送电路和接收电路。

DP发送端模块中，通过使用时分复用单元及信道编码的方式进行通信。时分复用单元循环采集源端的低速信号，通过DP接收端模块发送给显示设备端。根据本发明的实施例，时分复用单元对低速信号的传输顺序可任意排列。

DP发送端模块中，信道编码使用改进的曼彻斯特编码通信，这样无需对DP发送端模块和DP接收端模块的时钟信号完全同步就可实现正常通信。

AUX信号本身采用曼彻斯特编码并以1Mhz左右的速度进行通信，考虑系统的编码和时分复用的带宽开销，整个系统的主时钟频率设置为大于100Mhz。

DP发送端模块中，接收电路将对信道中的信号进行接收，由于DP发送端有本地时钟，接收信号后通过同步单元对接收信号进行位同步和帧同步。

DP发送端模块中，AUX解码及转单元对源端AUX+和AUX-信号解析，DDC解码及转单元对源端SDA和SCL信号信号进行解析，CEC解码及转发单元对源端CEC信号进行解析。

AUX解码及转单元、DDC解码及转单元以及CEC解码及转发单元，以本地时钟为间隔，实时的转发源端的低速信号，同时通过实时运行协议解析状态机控制信号实际的通信方向。

本发明解析单元不以存储转发的形式解析信号，采用上述线速转发的方式，可以将通信延迟减小到50ns以内，大大增强最终的显示传输方案对不同设备的兼容性。

DP发送端模块解析源端的CONFIG信号，根据CONFIG信号选择后续通道使用的是DP或是HDMI，DVI的方式进行通信。对于DP，DP++端口和一些DP的协议转换接口有较好的兼容性。

根据本发明的实施例中，DP发端模块中，CONFIG解析单元根据源端CONFIG1脚的电平和从光路传来的显示设备端的CONFIG1信号，判决通信协议。例如，CONFIG1脚的电平和从光路传来的显示设备端的CONFIG1信号均为DP通信，则CONFIG解析结果显示进行DP通信。ONFIG1脚的电平和从光路传来的显示设备端的CONFIG1信号均为HDMI/DVI通信，则CONFIG解析结果显示进行HDMI/DVI通信。

DP发端模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，

则AUX解码及转单元，实时解析源端的AUX+和AUX-信号，协议切换单元选择AUX+和AUX-信号传输。

DP发端模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI，DVI通信，

则DDC解码及转单元，实时解析源端的SDA和SCL信号，协议切换单元选择SDA和SCL信号传输。

DP接收端模块包括AUX解码及转发单元，DDC解码及转发单元，CONFIG解析单元，协议切换单元，CEC解码及转发单元，CEC仲裁单元，时分复用单元，信道编码单元，同步单元和解时分复用单元，发送电路和接收电路。

DP接收端模块中，通过使用时分复用单元及信道编码的方式进行通信。时分复用单元循环采集显示设备端的低速信号，通过DP发送端模块发送给源端。根据本发明的实施例，时分复用单元对低速信号的传输顺序可任意排列。

DP接收端模块中，信道编码使用改进的曼彻斯特编码通信，这样无需对DP发送端模块和DP接收端模块的时钟信号完全同步就可实现正常通信。

AUX信号本身采用曼彻斯特编码并以1Mhz左右的速度进行通信，考虑系统的编码和时分复用的带宽开销，整个系统的主时钟频率设置为大于100Mhz。

DP接收端模块中，接收电路将对信道中的信号进行接收，由于DP接收端模块有本地时钟，接收信号后通过同步单元对接收信号进行位同步和帧同步。

DP接收端模块中，AUX解码及转单元对显示设备端AUX+和AUX-信号解析，DDC解码及转单元对显示设备端SDA和SCL信号信号进行解析，CEC解码及转发单元对显示设备端CEC信号进行解析。

AUX解码及转单元、DDC解码及转单元以及CEC解码及转发单元，以本地时钟为间隔，实时的转显示设备端的低速信号，同时通过实时运行协议解析状态机控制信号实际的通信方向。

本发明解析单元不以存储转发的形式解析信号，采用上述线速转发的方式，可以将通信延迟减小到50ns以内，大大增强最终的显示传输方案对不同设备的兼容性。

DP接收端模块解析显示设备端的CONFIG信号，根据CONFIG信号选择后续通道使用的是DP或是HDMI，DVI的方式进行通信。对于DP，DP++端口和一些DP的协议转换接口有较好的兼容性。

根据本发明的实施例中，DDP接收模块中，CONFIG解析单元根据显示设备端CONFIG1脚的电平和从光路传来的源端的CONFIG1信号，判决通信协议。例如，CONFIG1脚的电平和从光路传来的源端的CONFIG1信号均为DP通信，则CONFIG解析结果显示进行DP通信。CONFIG1脚的电平和从光路传来的源端的CONFIG1信号均为HDMI,DVI通信，则CONFIG解析结果显示进行HDMI/DVI通信。

DP接收模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，

则AUX解码及转单元，实时解析显示端的AUX+和AUX-信号，协议切换单元选择AUX+和AUX-信号传输。

DP接收模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI/DVI通信，

则DDC解码及转单元，实时解析显示端的SDA和SCL信号，协议切换单元选择SDA和SCL信号传输。

DP接收端模块中，DDC解码及转单元以实时监测SDA，SCL信号线的电平，当监测到设备显示端发生时钟延展及Read Request(读请求，显示设备主动拉低sda信号以要求源设备读取其标志位的功能)事件时可及时将请求转发给HDMI发送端模块，从而通知源端设备进行相应操作。

在上文中对DP发送端模块和DP接收端模块的结构给出了详细的阐释。下面对本发明DP发送端模块和DP接收端模块中的解析单元的工作过程给出说明。

如图2所示本发明DP发送端模块的DDC解码及转发单元的结构示意图。

发送端模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI、/DVI通信，DP发送端模块中DDC解码及转单元，实时解析源端的SDA和SCL信号，并把显示设备端的ACK(Acknowledgecharacter，确认字符)及读到的数据及时反馈给源端。DDC解码及转单元支持对任意I2C设备地址的单次读写或连续读写操作，支持在DP接收模块发来时钟延展信号时，拉低源端SCL引脚告知源端设备发生时钟延展。支持在DP接收端模块发来Read Request信号时，拉低源端SDA引脚告知源端设备，请求发起对A8地址的DDC通信。

DDC解码及转发单元使用实时运行的DDC Slave状态机，根据主I2C(Inter－Integrated Circuit，两线式串行总线)发出的通信实时转发通信信号的同时的更新通信状态，DDC Slave状态机(DDC协议的从机)可以实时解析主I2C是否在等待从I2C的ACK信号或者等待读取数据，据此可以切换IO通信方向把从I2C接收的信号及时转发给主I2C，从而实现实时I2C通信转发。例如，DDC Slave状态机实时解析主I2C，主I2C正在等待从I2C的ACK信号或者等待读取数据，则切换IO通信方向把从I2C接收的信号及时转发给主I2C从而实现实时I2C通信转发。

DDC解码及转发单元还可根据从I2C发来的信号解析出时钟延展和Read Request的指令，并控制SDA，SCL引脚转发这两项请求。

DP发送端模块在HDMI，DVI通信模式时，其中CEC解码及转发单元解析源端的CEC信号并转发给显示设备端。本发明中每个节点都有本地的CEC仲裁单元，每个节点进行局部仲裁。仲裁失败后原本的通信方向将发生切换，因此仲裁失败的CEC通信将不再被传输，反之则以Flooding广播的方式继续传输。

如图3所示本发明DP接收端模块的DDC解码及转发单元的结构示意图。

接收端模块中，若CONFIG解析结果显示进行HDMI，DVI通信，DP发送端模块中DDC解码及转单元，实时解析显示设备端的SDA和SCL信号，并把源端的ACK及读到的数据及时反馈给显示设备端。DDC解码及转单元支持对任意I2C设备地址的单次读写或连续读写操作，支持在DP发送端模块发来时钟延展信号时，拉低显示设备端SCL引脚告知显示设备端设备发生时钟延展。支持在DP发送端模块发来Read Request信号时，拉低显示设备端SDA引脚告知显示设备端设备，请求发起对A8地址的DDC通信。

DDC解码及转单元使用实时运行的DDC Slave状态机，根据主I2C发出的通信实时转发通信信号的同时的更新通信状态，DDC Slave状态机实时解析从I2C是否在等待主I2C的ACK信号或者等待读取数据，据此可以切换IO通信方向把主I2C接收的信号及时转发给从I2C，从而实现实时I2C通信转发。例如，DDC Slave状态机实时解析从I2C，从I2C正在等待主I2C的ACK信号或者等待读取数据，则切换IO通信方向把主I2C接收的信号及时转发给从I2C，从而实现实时I2C通信转发。

DDC解码单元还可根据主I2C发来的信号解析出时钟延展和Read Request的指令，并控制SDA，SCL引脚转发这两项请求。

DP接收端模块在HDMI/DVI通信模式时，其中CEC解码及转发单元解析显示设备端的CEC信号并转发给源端。本发明每个节点都有本地的CEC仲裁单元，每个节点进行局部仲裁。仲裁失败后原本的通信方向将发生切换，因此仲裁失败的CEC通信将不再被传输，反之则以Flooding广播的方式继续传输。

如图4所示本发明DP发送端模块的AUX解析及转发单元的结构示意图。

发送端模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，则DP发送端模块中，AUX解码及转单元，实时解析源端的AUX和AUX-信号。

AUX信号解析时经过信号放大及信号有效性检测，解析结果为AUX差分相减并放大后的信号，即AUX valid信号。AUX valid信号为0表示输入信号处于空闲状态，无AUX通信。AUX valid信号为1表示有AUX通信正在进行。AUX解码及转单元通过对本地AUX，AUX valid及对端(显示设备端)传来的AUX和AUX valid信号信号解析，获得AUX信号传输的状态从而决定AUX的通信方向。

图5示出了本发明DP接收端模块的AUX解析及转发单元的结构示意图。

接收端模块中，若CONFIG解析结果显示进行DP通信，则DP接收端模块中，AUX解码及转单元，实时解析显示设备端的AUX和AUX-信号。

AUX信号解析时经过信号放大及信号有效性检测，解析结果为AUX差分相减并放大后的信号，即AUX valid信号。AUX valid信号为0表示输入信号处于空闲状态，无AUX通信。AUX valid信号为1表示有AUX通信正在进行。AUX解码及转单元通过对本地AUX，AUX valid及对端(源端)传来的AUX和AUX valid信号信号解析，获得AUX信号传输的状态从而决定AUX的通信方向。

本发明包含了对AUX信号的输出实现了信号放大，并且在输出时支持一符合协议的驱动能力输出符合协议电平的AUX信号。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的时分复用单元将低速信号以时分复用的方式复用到一个信道中发送。DP接收端模块中的时分复用单元将低速信号以时分复用的方式复用到一个信道中发送。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的信道编码单元对时分复用后的信息进行特殊编码。DP接收端块中的信道编码单元对时分复用后的信息进行特殊编码。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的同步单元用于将接收单元发过来的信号与本地时钟进行位同步和帧同步。DP接收端模块中的同步单元用于将接收单元发过来的信号与本地时钟进行位同步和帧同步。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的解时分复用单元用于将接收到的信号解复用为低速信号输出到源端接口。DP接收端模块中的解时分复用单元用于将接收到的信号解复用为低速信号输出到显示设备端接口。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的发送电路用于将编码后信号转换到可在通信信道中传输的信号。DP接收端模块中的发送电路用于将编码后信号转换到可在通信信道中传输的信号。

根据本发明的实施例，DP发送端模块中的接收电路用于将信道中接收到的信号转换为特定电平标准的信号方便后续处理。DP接收端模块中的接收电路用于将信道中接收到的信号转换为特定电平标准的信号方便后续处理。

根据本发明的实施例，DP发送端模块的供电可选择由源端提供或外部输入电源提供。DP接收端模块的供电可选择由设备显示端提供或外部输入电源提供。本发明中包含了对HPD信号的支持，在DP接收端外模块供电或者显示设备供电的情况下都能够正确反映线缆的插拔状态。

根据本发明的实施例，本发明线速转发方式并不限定于特定的I2C地址，所以可适用于EDID信号的读取，HDCP的通信和SCDC的通信。甚至对于从0x00到0x7F的128个I2C地址都可实现兼容。

根据本发明的实施例，本发明包含了对CEC信号仲裁的处理，将CEC单总线通信中的总线仲裁方法，移植到光传输或者无线传输这些点对点通信中，使用本地仲裁及仲裁结果路由的方法，将CEC的总线通信映射为点对点通信中的路由通信。

如图6本发明另一个实施例中本发明电路与高速信号转发结合的示意图。本实施例中，使用本发明低速信号线速度转发电路与高速激光器驱动电路和高速跨阻放大器电路集成，实现集成芯片。在设计的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上对芯片VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)激光器和光电探测器进行COB(Chip On Board，板上芯片封装)封装集成，使PCB系统组成了DP，DP++光纤线缆的两个有源接口。以透镜和多模光纤连接两个端口组成了DP光纤有源线缆，使线缆低成本实现DP1.2,DP1.4协议设备之间的高速音视频数据传输。

如图7示出了本发明再一个实施例中本发明电路DP接收端模块连接HDMI协议转换接口连接的示意图。本实施例中，使用本发明中的电路实现DP光纤有源线缆，在DP接收端再连接一个DP与HDMI的协议转换接口，在协议转换接口中CONFIG1信号的100k电阻上拉。本发明实现的DP光纤有源线缆可识别协议转接的需求，将该信息传输到DP发送端的CONFIG1接口上，告知源端(源端支持DP++)进行SDA，SCL，CEC的低速通信，从而实现DP++的源设备到HDMI的显示设备的音视频传输。

本发明提供的一种兼容DP,DP++协议低速信号进行线速转发的电路，能够完整实现AUX+，AUX-信号传输，支持DP和HDMI，DVI的协议转换，保证方案的低成本，低延时，高可靠性，高兼容性对实现纯光DP传输。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。