詳細(xì)解析--HDMI/DVI基本原理

    HDMI/DVI基本原理近年來(lái)視頻傳輸領(lǐng)域幾乎經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字根本轉(zhuǎn)變，VGA和分量視頻—模擬視頻連接方式—正在被HDMI™和DVI™取代。這兩種數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求幾乎完全相同，并同時(shí)處理一組高頻和低頻信號(hào)。DVI規(guī)范于1999年定稿，撰寫(xiě)這篇文章時(shí)，HDMI規(guī)范1.3版正在制定中。這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用TMDS® (最小跳變差分信號(hào))傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。TMDS信號(hào)采用四個(gè)差分對(duì)傳輸R、G、B和時(shí)鐘，占用19針連接器的8個(gè)引腳。HDMI和DVI設(shè)計(jì)為"即插即用"，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起時(shí)尋找以最佳性能協(xié)同工作的方法。多數(shù)新型TMDS HDTV芯片包含兩組完整TMDS (高頻)輸入，但無(wú)法處理LoF (低頻)信號(hào)。

    要實(shí)現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺(tái)電腦、DVD播放器或游戲機(jī))和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機(jī))必須連接起來(lái)。HDMI和DVI借用VESA (視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，采用DDC (數(shù)字顯示通道)、一個(gè)稱(chēng)為HPD的新信號(hào)(熱插拔檢測(cè))、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標(biāo)準(zhǔn)5V信號(hào)。在標(biāo)準(zhǔn)的VESA方法中，源端尋址EDID (擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)) EPROM。該EPROM器件包含接收設(shè)備的品牌、類(lèi)型號(hào)、以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協(xié)同工作。圖1所示為通過(guò)HDMI/DVI連接器連接源端與接收端EDID EPROM的示意圖。

圖1. 原理圖給出了HDMI/DVI連接器連接源端和接收端的EDID EPROM。

    圖1中給出了作為四個(gè)差分對(duì)連接的TMDS信號(hào)，+5V，HPD以及DDC信號(hào)。DDC信號(hào)連接至EDID。EDID電源由接收端內(nèi)部提供。該圖說(shuō)明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過(guò)I²C兼容的DDC線(xiàn)路進(jìn)行通信。1980年推出的I²C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲(chǔ)所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時(shí)，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護(hù)。

    為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設(shè)計(jì)人員必須處理兩路不同的信號(hào)：TMDS高頻信號(hào)和前面提到的低頻信號(hào)。一些新型HDMI處理器已包含兩套可處理高頻TMDS信號(hào)的輸入端，但是無(wú)法處理帶有高壓的低頻信號(hào)。Maxim推出的MAX4929E可在處理上述低頻信號(hào)時(shí)提供最大的靈活性。

    在低頻視頻信號(hào)源之間切換

    使用MAX4929E，所有與外部連接器連接的信號(hào)都具有±15kV HBM (人體模型)保護(hù)。這種高級(jí)別的ESD保護(hù)通�？梢允∪ジ饕�腳的額外保護(hù)措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號(hào)，器件選擇其中一路輸入。這種源切換可實(shí)現(xiàn)多種功能：為信號(hào)提供ESD保護(hù)、同一時(shí)刻只選通一個(gè)源端并提供邏輯電平箝位，以保護(hù)EDID EPROM端不出現(xiàn)高于其電源的電壓。MAX4929E消耗極少的電流，源端設(shè)備提供的+5V即可滿(mǎn)足其電源需求。

    MAX4929E沒(méi)有特殊的上電順序要求，因此設(shè)計(jì)人員不必?fù)?dān)心某個(gè)源設(shè)備開(kāi)啟而其它源設(shè)備關(guān)斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)何種問(wèn)題。由于以下原因，源設(shè)備之間的切換功能非常有必要：切換功能可將接收端置于哪個(gè)可連接設(shè)備的控制之下；還可防止第二條電纜加載I²C總線(xiàn)。后一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)解決了兩路源設(shè)備同時(shí)連接至一個(gè)負(fù)載時(shí)遇到的兩個(gè)問(wèn)題：

    可能出現(xiàn)的主機(jī)沖突

    額外的容性負(fù)載(每條電纜的分布電容為200pf/m)

    如果將第二條2m長(zhǎng)的電纜連接到主電纜上，將會(huì)超過(guò)700pf最大分布電容的規(guī)范要求。通過(guò)使用開(kāi)關(guān)，I²C驅(qū)動(dòng)器在同一時(shí)刻只“看到”一個(gè)負(fù)載。在這種方式中，即便是兩條3m的電纜也不違反700pf的規(guī)范要求。

    在多數(shù)系統(tǒng)中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，并且在EDID握手之后，返回一個(gè)TTL兼容的HPD信號(hào)。MAX4929E的下列功能(圖2)可解決三個(gè)問(wèn)題：

    HPD輸出端的ESD保護(hù)

    允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接

    提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號(hào)的邏輯電平轉(zhuǎn)換功能

圖2. 原理圖給出了MAX4929E的典型電路連接方式。該器件提供實(shí)現(xiàn)完整的2:1 HDMI或DVI開(kāi)關(guān)所要求的切換、邏輯電平匹配以及ESD保護(hù)功能。

    前面已經(jīng)討論過(guò)ESD保護(hù)。如果HPR信號(hào)為邏輯高電平(標(biāo)稱(chēng)值+5V)，則該邏輯高電平會(huì)出現(xiàn)在連接至MCU的引腳上，并且保證該引腳的邏輯電平兼容于MCU電平，因?yàn)镸AX4929E的基準(zhǔn)引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入上出現(xiàn)了+5V信號(hào)，則MCU上就能得到邏輯電平兼容的信號(hào)。接收到該信號(hào)后，MCU接著發(fā)出HPD信號(hào)。MAX4929E將HPD信號(hào)"導(dǎo)引"到適當(dāng)?shù)腍DMI器件，并且在所接器件上產(chǎn)生完全兼容TTL的信號(hào)。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產(chǎn)生同相的邏輯0或1 (TTL兼容電平)。使用其輸入，可確保該信號(hào)是邏輯電平兼容的，因?yàn)槠浠鶞?zhǔn)連接至MCU的同一電源。

    除了與包含兩路高頻輸入的TMDS器件協(xié)同工作外，MAX4929E還可與MAX4886HDMI/DVI視頻開(kāi)關(guān)組成芯片組，用于將兩組TMDS輸入和集成到單個(gè)裝置中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設(shè)備提供第二組輸入。

    結(jié)論

    MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開(kāi)關(guān)中所有低頻信號(hào)的切換。為所有外部引線(xiàn)提供高等級(jí)的ESD保護(hù)。MAX4929E與EDID EPROM配合使用，其輸入端可接受+5V信號(hào)電平并將輸出鉗位至+3.3V電平，以便匹配EDID。另外，MAX4929E隔離了一條電纜的電容，所以DDC輸出每次僅帶有一組DDC連接。MAX4929E具有第3路輸入電壓，可連接至系統(tǒng)MCU的同一個(gè)電源上。這一特性可確保SEL、HPR和HPD信號(hào)兼容MCU的邏輯電平。MAX4929E可處理實(shí)現(xiàn)2:1 HDMI或DVI開(kāi)關(guān)所需的全部切換、邏輯電平匹配以及ESD保護(hù)功能。MAX4929E還可增強(qiáng)MAX4886，以實(shí)現(xiàn)完整的單路輸入設(shè)備切換功能.