HDMI design

目录

1. HDMI 引脚定义 (1)

1.1 确定和分析HDMI接口 (2)

1.2 确定HDMI控制芯片 (2)

1.3 HDMI外围电路的设计 (3)

2. HDMI 电路设计 (3)

2.1 Data2..0差分数据线的电路连接 (3)

2.1.1 Active Level Shifter。 (5)

2.1.2 Cost Down Level Shifter (6)

2.2 Hot Plug Detect的连接 (7)

2.2.1 Hotplug接法一 (7)

2.2.2 Hotplug接法二 (8)

2.3 CEC信号的连接 (8)

2.4 SCL和SDA信号的连接 (8)

3. 参考文献 (9)

HDMI 电路设计

---------林江2011-9-17

1. HDMI 引脚定义

Table 1 HDMI connector pin

GND

GND

HDMI

GND

Picture 1 HDMI connector

在电路设计之前，我们需要确定一个顺序：先要确定HDMI 接口，分析接口，然后确定HDMI 的控制芯片，最后设计HDMI 接口的外围电路。根据这个思路，给出了table1作为HDMI 设计的起点。

1.1 确定和分析HDMI接口

Table1有3对TMDS信号，1对Clock，1对I2C，CEC和DDC/CEC地，5V电源和Hot Plug Detect信号。TMDS信号是传输数字视频信号和必要的其他信号，符合HDMI1.4a 协议标准。Clock是用于HDMI接收端数据同步采样，参见Picture 1。

Picure 2 HDMI 信号协议2

此时钟又名像素时钟，即一个CLK传送一个像素。一对I2C用于Device和主机数据通信之用。主机端必须要有个I2C信号线连接connector。CEC是HDMI的一个特殊功能，通过这个信号来使能CEC功能，如果不需要CEC，这个Pin可以NC。Hot Plug Detect电路是HDMI插拔检测信号。

1.2 确定HDMI控制芯片

通常，设计HDMI接口，必须要找到一款有HDMI信号输出的芯片，通过单片机输出符合HDMI1.4协议标准的程序是既费时又费力。现在有HDMI信号输出的显示芯片很多。笔记本里的PCH就有3对HDMI口，兼容DVI / DP，可以通过BIOS配置。除了主芯片外，还需要一个level shift芯片。Level shift芯片既有电平转换的作用，还有当PCH输出的电路结构和Device端的电路结构不匹配时，用于接口的匹配。在后面的电路设计中，还要重点讲述。当HDMI的板子上的线路太长时，还需要添加一个HDMI redriver芯片，用于信号的增强。

1.3 HDMI 外围电路的设计

此文档主要参考了DVI_HDMI 讲义.docx------------- Jawen_tao 2011/5/10，请不要用于商业用途。

2. HDMI 电路设计

HDMI female connector 的示意图：

Picture 3 HDMI female connector 示意图

2.1 Data2..0差分数据线的电路连接

差分信号从chip 出来，先串0.1uf

电容，隔直通交。

Picture 4 HDMI Data2..0差分数据线控制芯片端连接3

在connector 那一页，加如下solution ，default 串0 ohm 排阻，colay common choke ，主要是为了预留来解EMI 的问题。

Pin2

Pin1

G_TX2+_DVI (26)G_TX1+_DVI (26)G_TXC-_DVI

(26)G_TX0-_DVI (26)G_TX0+_DVI (26)G_TX1-_DVI

(26)G_TX2-_DVI (26)G_TXC+_DVI (26)Picture 5 HDMI connector 端电路连接3

除了隔直电容和common chock ，picture3中的N_HDMI_TXN2，N_HDMI_TXP2差分信号不能直接和Picture4的G_TX2+_DVI ，G_TX2-_DVI 直连，需要增加level shift 。DVI/HDMI 都是一样。

为什么需要增加level shift 呢？

Picture 6 TMDS 单端差分信号和差分信号

在接收端，需要得到一个±300mV 的差分信号。而对于单端，接收端需要得到一个最高3.3V ，最低2.7V 的信号。这样的信号，HDMI 的主芯片如果不能提供，那么需要一个level shift 。Intel 的PCH 需要加level shift ，Nvidia 的GPU 需要加level shift ，所以笔记本的HDMI 输出都需要有这个level shift 。

2.1.1 Active Level Shifter 。

加level shift

芯片，如下图。

Picture 7 HDMI topology

N_HDMI_TXP1<39><26><39><26>N_HDMI_TXN2<39>N_HDMI_TXP0<39><26><26>N_HDMI_TXN0<39><26>N_HDMI_TXP2<39><26><26>

N_HDMI_TXN1<39><26><39> Picture 8 HDMI level shift chip

2.1.2 Cost Down Level Shifter

加对地电阻，对地电阻的阻值对不同的chip一般不一样，请参考Design guide，如Picture9和Picture10所示。一般Rpd是500欧姆，接收端有上拉电阻RT=50欧姆和上拉电源

A VCC=3.3V。具体可根据参考文档1。

这样，在数据线上会产生3.0V的直流电平，交流视频信号在3.0V上上下波动，得到接收端需要的TMDS信号，如Picture6所示。

Picture 9 HDMI level shift 设计实现

Picture 10 HDMI level shift电路实现