【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述

前言

  • 本章主要介绍高速电路HDMI原理图相关内容。

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文章目录

  • 前言
  • 一.HDMI介绍
  • 二.HDMI信号说明
  • 三.HDMI模块框图
  • 四.HDMI电路图
  • 结束语

一.HDMI介绍

  • HDMI(High Definition Multimedia Interface)高清多媒体接口,传输数字信号以及音频信号。HDMI与去掉音频传输功能的UDI(Unified Display Interface)统一显示接口都继承DVI的核心技术“传输最小化差分信号”TMDS,从本质上来说仍然是DVI的扩展。
    【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第1张图片

二.HDMI信号说明

  • HDMI接口主要有Type A、Type B、Type C、Type D、Type E五种类型,最常见应用最广泛的是HDMI Type A,引脚如下图所示:
    【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第2张图片
引脚 作用
1~9 TMDS数据传输实际上用到的引脚,分为0,1,2三组
10~12 TMDS clock传输用到的引脚,如当前Video Timing为480p@60Hz(Htotal:800,Vtotal:525),则TMDS clock = 800x525x60 = 25.2MHz。一个clock分别在三个Channel传输一个像素的R、G、B(8bit)信号
13 CEC引脚,Consumer Electronics Control 用户电气控制,可供厂家自己定制HDMI消息
14 保留引脚,可以为13CEC多提供一个引脚
15~16 I2C引脚,用于DDC(Display Data Channel,主要用于EDID与HDCP的传输)传输。在HDMI的流程中,DDC通信几乎是最先做的(前有Hotplug),因为HDMI的主从两个设备需要通过DDC来获得他们对方设备的EDID,从而得到各种信息,并且通过比较timming以确定以后送出来的timming为最合适的
17 接地引脚
18 5v的AC引脚
19 Hotplug引脚用于监测HDMI设备有没有存在,如果存在(Hotplug为high)那么可以通过DDC去读EDID
  • Type A HDMI可向后兼容于现今多数显示器与显卡所使用的DVI-D或DVI-I接口(但不支持DVI-A),这表示采用DVI-D接口的信号来源可以透过转换线驱动HDMI显示屏,但转换并不支持音频发送等功能。

三.HDMI模块框图

【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第3张图片

  • 1、TMDS Channel 0~2:
    三组差分信号,TMDS Clock Channel:差分信号的时钟。
    在一个时钟周期内,每个TMDS通道可以传输10bit数据。
    Source端原始数据为8位,经过转换成10位数据,前8为数据由原始信号经运算后获得,第9位指示运算的方式,第10位用来对应直流平衡(使TMDS发送的"0"、"1"数量保持一致)。
    通过这种算法,会使得数据的传输和恢复更加可靠。
    Sink端接收到10bit数据后再还原回8bit数据。
    【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第4张图片
    Pclk Clock:像素时钟,例:1920x1080p/60hz,Pclk Clock=1920108060=124.4MHz
    带宽:1s内传输的数据量(bit),例:1920x1080p/60hz,色深8位,RGB三色就是24bit,
    1920108060*24=2.99GHz
    CTL0~3:=1000后面传输视频数据(Pixel component)
    =1011后面传输数据包(Auxiliary Data)
  • 2、**DDC:**一种I2C总线。主要用于读取EDID、HDCP数据。
    EDID:通常是256字节,在Sink设备的EEPROM中存放EDID信息,Source在收到HPD后会通过DDC通道读取EDID得到显示设备的属性。
  • 3、CEC:一种单总线。
    CEC是一种单总线双向串行总线,引脚为pin13。
    CEC的作用就是实现TV和各种设备间的通信。
    例如,TV与视频盒子相连,用电视的遥控器进行控制,那么就可以通过HDMI的CEC将这控制信号传送到视频盒子,反之,亦可用视频盒子的遥控器去控制电视。
    有时,TV连接着多个CEC设备,为了区分开来,就需要物理地址和逻辑地址。
    物理地址:通过EDID分配,具有唯一性。
    逻辑地址:指定设备属于什么类型。
    链接: HDMI音视频传输协议
  • 4、Utility:自定义的总线,目前没有使用过。
  • 5、HPD:热拔插。
    pin19引脚是HPD,作用是检测HDMI两端是否连接,工作过程:
    ①、当HDMI接口连接起来,sink将HPD由低电平拉高。
    【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第5张图片
    ②、source检测到HPD被拉高,于是命令DDC开始干活,DDC读取sink的EDID数据,认为咱俩合适,就叫TMDS开始发送视频数据。
    ③、如果sink想强制刷新一波EDID数据,可以再把HPD拉低->拉高
    ④、当HDMI接口断开时,sink无法将HPD信息传达过去,source的HPD自然是一直为低。
    ⑤值得一提的是,由于source的pin18可以向sink提供+5V电源,所以即使sink不开机,sink也可以利用这+5V电源将HPD拉高,进而使source的DDC和TMDS工作。可惜的是,由于HDCP没有工作起来,所以此时TMDS并不能真正的通信起来。
  • 6、除此之外还连接着+5V电源线。

补充:

  • CEC:Consumer Electronics Control 用户电气控制,CEC可以控制从设备的一些状态,比如开机,可供厂家自己定制HDMI消息,比如DVD与TV,DVD通过HDMI线连接到TV,用TV的遥控器可以控制DVD,令DVD执行某种功能,那么该功能的命令信号就是通过TV与DVD间的CEC引脚传输的。
  • DDC:用来获取被接设备的信息EDID(扩展显示标识数据 )DDC是IIC接口,可以结合HDMI的19管脚(热拔插信号)来读取被接设备的一些有用信息,比如分辨率。FPGA检测到显示器后可以通过DDC读取显示器的分辨率,从而达到智能识别分辨率,FPGA设备可以根据分辨率调整输出(比如我们把笔记本的HDMI接到1080p的显示器和720p的显示器笔记本的输出会自己做调整适应不同的显示器)
  • HPD:Hot Plug Detect 热拔插检测,用于HDMI设备是否连接
    HDMI(Receiver)接收端(通常为显示器),通常是HDMI接收端配置EDID,HDMI(Transmitter)发送端获取EDID信息,配置适合的分辨率,通过TMDS差分信号传输视频数据。

下面是SiI9136 HDMI Transmitter模块框图:
【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第6张图片

四.HDMI电路图

FPGA端:此段至转换型号为并行信号,注意等长。
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转换芯片:
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【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第9张图片
DDC:
【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第10张图片

连接器端:此段到转换芯片为高速差分信号,注意阻抗、差分、延时、尽可能短等。
【高速PCB电路设计】4.高速电路HDMI原理图概述_第11张图片

结束语

  • 以上就是高速电路HDMI原理图概述的内容。
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参考资料:
链接: HDMI音视频传输协议

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