【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
DisplayPort（DP）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 Requester）：DPTX（Source 端），主动发起请求事务。
- 从设备（AUX_CH Replier）：DPRX（Sink 端），被动回复请求事务。
2.1. DPTX（Source 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） |
| S0 | DPTX 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 |
| S1 | DPRX Not Detected | 连接未检测态 | 已退出复位，但未检测到 DPRX（Sink），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 Sink） |
| S2 | AUX 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 S3） |
| S3 | AUX 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. DPRX（Sink 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） |
| D0 | DPRX 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 DPTX，HPD 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 DPTX |
| D1 | AUX 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 |
| D2 | AUX 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/FT）
- ΔV20-80% ：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：