COM载板设计之六：VGA和音频AC97/HDA接口

 

2.11 VGA

2.11.1 信号定义

所有类型的COM Express模块都应当定义一个模拟VGA RGB接口，接口由3个模拟彩色信号（Red、Green、Blue）组成，数字水平和垂直同步信号，专用的I2C总线用于DDC获得监视器的性能参数。信号如表23：

信号	脚	HDSUB5脚	描述	I/O	注释
VGA_RED	B89	1	VGA红色分量，驱动37.5欧姆负载	O模拟	模拟输出
VGA_GRN	B91	2	VGA绿色分量，驱动37.5欧姆负载	O模拟	模拟输出
VGA_BLU	B92	3	VGA兰色分量，驱动37.5欧姆负载	O模拟	模拟输出
VGA_HSYNC	B93	13	VGA水平同步信号	O 3.3V CMOS
VGA_VSYNC	B94	14	VGA垂直同步信号	O 3.3V CMOS
VGA_I2C_CK	B95	15	DDC I2C时钟	O 3.3V CMOS
VGA_I2C_DAT	B96	12	DDC I2C数据	I/O 3.3V CMOS
GND		5,8,10	地
DDC_POWER		9	DDC电源，用于监视器的EEPROM供电		电源
N.C		4,11	不连接

2.11.2 VGA连接器

图26 VGA连接器HDSUB15

2.11.3 VGA参考设计

图27 VGA参考设计

2.11.4 布线考虑

2.11.4.1 RGB模拟信号

载板上R、G、B每个信号应该有一个150欧姆的下拉电阻，在监视器里应该有一个75欧姆的输入电阻。

RGB信号的频率高达350MHz，所以应该特别注意信号的完整性及EMI。应该有一个PI滤波器，如参考设计图所示，PI滤波器由两个10pF的电容和一个120欧姆@100MHz的磁珠构成。推荐把PI滤波器和终端电阻尽可能防止在VGA连接器附近。

2.11.4.2 HSYNC和VSYNC信号

COM Express模块输出的同步信号是3.3V的，因为VGA监视器可能驱动同步信号是5V，所以有必要使用高阻非双向的缓冲器。见参考设计图。

为了优化ESD保护，添加低容性钳位二极管到监视器的同步信号上，这些钳位二极管应该放在5V电源平面和地平面之间，并尽可能距离VGA插座近。

2.11.4.3 DDC接口

COM Express提供了一个专用I2C总线用于VGA接口，从而实现DDC借款，用来读出CRT监视器的特定扩展显示表示数据（EDID）。I2C总线也是3.3V的，而大部分DDC是5V的，所以放置100K欧姆的上来电阻在5V电源和每个DDC线之间。DDC接口的电平偏移电路被需要。

另外Schottky二极管必须放置在5V和DDC上拉电阻之间。

见参考设计原理图。

2.11.4.4 ESD保护/EMI接口

所有的VGA信号需要ESD保护和EMI滤波器。见参考设计。参考设计使用了CM2009这个芯片。很多其他的保护和电平偏移解决方案可以选择，如Semtech提供多种低容性的ESD抑制器件，比如RCLAMP502B。

2.13 AC’97和HDA数字音频接口

COM Express规范定义了7个信号，用于支持载板上的数字AC’97和HD接口芯片。HD音频使用同AC’97一样的数字信号接口。但AC’97和HD的Codec是不同的。

2.13.1 信号定义

表26 音频Codec信号描述

信号	脚	描述	I/O
AC_RST#	A30	CODEC复位	O 3.3V Suspend CMOS
AC_SYNC	A29	串行采样速率同步	O 3.3V CMOS
AC_BITCLK	A32	CODEC的串行位时钟12.228MHz	O 3.3V CMOS
AC_SDOUT	A33	音频串行数据输出流	O 3.3V CMOS
AC_SDIN0 AC_SDIN1 AC_SDIN2	B30 B29 B28	来自CODEC[0：2]的音频串行数据输入流	I 3.3V Suspend CMOS

COM Express模块支持的音频接口在其手册上应该能够说明。如果模块仅支持AC’97接口，它就不可能支持HAD Codecs

某些COM模块既支持AC’97又支持HAD接口，这时，在模块的BIOS中应该有个选择，只能选择其一，不可能两个混合使用。

AC’97或HDA Codec通常作为主codec来连接，codec的ID是00，使用数据线AC_SDIN0，可以还有2个Codecs：ID：01（连接到AC_SDIN1），ID：10（连接到AC_SDIN1）。

连接主音频Codec到AC_SDIN0，确保对应的位时钟信号AC_BITCLK连接到模块AC’97/HDA接口。

AC_BITCLK由一个在AC97实现电路里的主CODEC的24.576MHz的晶体或晶体振荡器提供。这个晶体在HAD中并不要求，这个时钟也可以驱动第二个或第三个音频CODEC，如果有多个CODEC被使用。

注意：Intel915GM和945GM芯片集同时支持AC97和HAD格式。Intel965GM及之后的移动芯片集仅支持HDA。

图30 多个音频CODEC配置

2.13.2 参考设计

2.13.2.1 AC’97

图31 AC’97参考设计

图32 音频放大器：

2.13.2.2 高清音频（HDA）

图33 HDA参考设计

2.13.3 布线考虑

良好的布局和布线有利于最大限度发挥音频CODEC性能。应该遵守下面的一些规则：

线的目标阻抗是55欧姆+-15%

模拟信号的地返回路径必须给与特别考虑。

接近模拟音频信号的数字信号一定不要跨过电源平面走线。尽量远分开模拟和数字信号。

把载板的模拟电路和数字电路分开。

使数字信号特别是时钟信号远离模拟输入和电压参考脚。

提供独立的模拟和数字地平面。并且模拟器件在模拟地平面之上，数字器件在数字地平面之上；在模拟平面之上布模拟信号线，同样在数字平面之上布数字信号线。两个地平面必须分开0.05英寸宽的间隙。

旁路和去藕电容的位置应该尽可能离IC脚近。

晶体应该尽可能离CODEC近。HDA通常在CODEC上并不要求晶体。

不要完全隔离模拟/音频地平面同载板的地平面。提供一个单点（0.25到0.5英寸宽），在此处，模拟/绝缘的地平面连接到主地平面。

任何信号都不要跨越两个地平面的间隙。因为这会引起地回环，这会引起很大的EMI噪声，从而降低模拟和数字信号的质量。