HDMI小结.doc

HDMI
1. 含义：
HDMI中文意思是：高清晰度多媒体接口，英文全称为：High Definition Multimedia Interface。它是一种全数字化的图像和声音传输接口；
2. 接口及定义：
常见接口有如下四类：
HDMI A Type：接口定义如下图：

共19PIN，其中四对差分线（三路数据传输和一路时钟）；
HDMI B Type:有29脚，传输速率是A Type的两倍，接口定义如下图：

HDMI C Type:共19脚，是缩小版的A Type，但是管脚定义有些变化，是人们常说的mini HDMI,主要应用在便携式设备中，其接口定义如下：

HDMI D Type:仍然为19pin，但是尺寸已经比mini HDMI接口小，主要应用在小型的移动设备中，其接口定义如下：

PIN脚的含义解释：
HTPD热插拔检查：
这个PIN上的信号时作为主机系统是否对HDMI发送TMDS信号的依据；HTPD是从display输出，送给source的一个检测信号，source通过对HTPD脚的检测，做出相对应的相应；
TMDS通道
· 传送音频，视频，以及各种辅助数据
· 信号编码方式：遵循DVI 1.0规格。Single-link (Type A HDMI) or dual-link (Type B HDMI).
· 视频像素带宽：从25 MHz到340 MHz (Type A, HDMI 1.3) 或至 680 MHz (Type B). 带宽低于25MHz的视频信号如NTSC 480i将以倍频方式输出。每个像素的容许数据量从24位至48位。支持每秒120张画面 1080p分辨率画面传送以及WQSXGA分辨率 [1].
· 像素编码方式：RGB 4:4:4, YCbCr 4:4:4 (8-16 bits per component); YCbCr 4:2:2 (12 bits per component)
· 音频采样率：32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192 kHz.
· 音频声道数量：最大8声道。
· 音频流规格：IEC61937兼容流，包括高流量无损信号如Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio
CEC通道（必须预留线路但可以不必实现）：CEC全文为Consumer Electronics Control
· 用来传送工业规格的AV Link协议信号，以便支持单一遥控器操作多台AV机器
· 为单芯线双向串行总线
DDC通道：DDC全文为Display Data Channel
· 传送端与接收端可利用DDC通道得知彼此的传送与接收能力，但HDMI仅需单向获知接收端(显示器)的能力。
· 使用100kHz时钟频率的I²C信号
· 传送数据结构为VESA Enhanced EDID (V1.3).
SerialClock（简称SCL）和SerialData（简称SDA)、SCL,SDA:这两支脚位是用来让source(DVD) 和 display (TV)作沟通,在电视内部都有一个记忆体,内部存放了有关这台电视所支持的分辨率,例如:720P 或1080P,如果source(DVD)不知道 目前所连接的电视所支持的电视分辨率是多少时,source(DVD) 就不知道要放送出什么分辨率的讯号,因此在一开始source(DVD)会透过这两支脚位去读取电视所支持的分辨率,当source(DVD) 知道后source(DVD) 才放送出符合电视分辨率的影像画面｡其中SCL是时钟(CLOCK)脚位,SDA是资料脚位
3. 接口图片：

4. 信号速率;
HDMI 1.0---1.2版本的时钟为25MHz---165Mhz，因此一个数据通道的速率最大为1.65Gbps，传输数据带宽达4.95Gbps，再加上控制数据，带宽在5Gbps左右，而1.3版本的带宽为10.2Gbps，时钟速率达到340MHz， 1.3版本的一对差分线传输数据速率高达3.4Gbps，1.4版本的HDMI的带宽与1.3版本的一样；
5. 设计要点：
由上面可以知道HDMI的速率非常高了，因此必须用高速设计的方法来设计才能保证不出问题：
a. 阻抗设计：差分阻抗为100Ω；
b. 等长设计：参考时钟信号线，四对差分对间误差控制在10mil，对内的为5mil，如果是3.4Gbps的，适当减小对内误差，可以控制在2mil；
c. 串扰控制;保证差分信号线与其他信号线间距为2s，速率为3.4Gbps时，间距为3s（s：差分线的air gap）；
d. 尽量采用圆弧走线；（有时候宁愿过设计）；
e. 在设计中，接口会接ESD器件，防护器件要靠近接口放置；
f. 有的设计中会接匹配电容or电阻，这类器件有ESD作用，因此尽量靠近接口；
一些原理设计图;
A type HDMI：

Mini HDMI设计：

PCB设计：

6. HDMI与其他多媒体接口：
VGA接口：
VGA是Video Graphics Adapter的缩写，传输信号为模拟信号，它是一种D型接口，共15针，分三排；这种接口比较常见。在我们的台式电脑中，VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，同样，显示器上也有对应的VGA接口，分为公头和母头，如下图：

管脚定义如下：

在source和display之间，数字信号被显卡中的DAC转换为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，通过线缆传输到显示设备。
常见的接口电路设计，如下图：

在PCB设计中要注意的事项：
a. 接口防护器件要靠近接口摆放；
b. 器件布局时，最好摆放成“1”字型；
c. 由于是模拟信号，信号线需要加粗，并进行包地处理；
d. 下图是处理的比较好的PCB设计：

VGA接口可以很方便的应用在模拟显示中；当然，有些显卡可能没有VGA接口，而带有DVI接口，这时如果仍然用VGA接口，就需要一个DVI---VGA的转接头了。
DVI接口：
DVI接口是数字视频接口，英文全称：Digital Visual Interface；可以将计算机的数字信号直接送到数字显示设备，从而省略了中间的数模、模数步骤，这样保证显示设备有更好的图像效果。另外，DVI接口支持热插拔，具有HTPD。接口如下图：

DVI接口的规格：
DVI-A（A=Analog），只支持模拟显示设备；
只能去接DVI-A接口的信号或者VGA接口的信号；
DVI-D（D=Digital），只支持数字显示设备；
只能接DVI-D接口的信号；
DVI-I(I=Integrated)，支持模拟显示和数字显示设备；
DVI接口管脚定义：

相比较DVI-D接口，DVI-I接口多了RGBHV信号；
DVI有两种标准：DVI1.0和DVI2.0；其中DVI1.0仅用了其中的一组信号传输信道(data0-data2)，传输图像的最高像素时钟为165MHz，信道中的最高信号传输码流为1.65GHz；而DVI2.0则用了全部的两组信号传输信道(data0-data5)，传输图像的最高像素时钟为330M，可支持1920×1280分辨率，支持HDMI格式，每组信道中的最高信号传输码流也为1.65GHz。
DVI-I接口的单通道模式的一种电路设计，如下图：

关于HDMI/DVI显示器的热插拔实现：
HDMI接口的第19PIN和DVI接口的第16PIN的功能是热插拔检测（HTPD）,这个信号将作为主机系统是否向HDMI/DVI发送TMDS信号的依据。实现原理：
1. 显示器与主机联机：当主机通过HTPD引脚检测到显示器和主机联机时，主机的显卡会发出一个信号，请求通过HDMI接口的IIC读取显示设备的信息，确认显示设备的工作模式和显卡是否相适配，如果适应，则激活TMDS电路发送信号；
2. 显示器与主机断开：当主机通过HTPD引脚检测到显示器的HDMI与主机断开时，显卡会发出信号通知主机的操作系统中断TMDS信号的传输；
3. 主机对HTPD信号的要求：如DVI，当显卡检测到HTPD的信号大于2V时，认为联机；当检测到HTPD信号小于0.8V时，认为断开；
4. HTPD信号的实现，见下图解释：

Edited by Kevin