HDMI_品慧电子

推荐产品

DisplayPort转DVI/HDMI信号的接口适配器
中心议题： DisplayPort到DVI/HDMI信号转换原理
DisplayPort到DVI/HDMI信号转换适配器方案
解决方案：
对于差分信号进行电压转换的电路
对于显示数据通道DDC信号的缓冲电路
对于显示数据通道DDC时钟和数据信号的上拉电阻
DisplayPort为新一代影像显示接口技术的规格之一，可将笔记型计算机和消费电子设备连接到显示器或者平板电视，传递高画质影像信号。迅速崛起的DisplayPort技术将可望承袭VGA与DVI接口的市场，成为PC领域的主流技术，与主导消费性电子领域的HDMI技术并驾齐驱。例如，苹果公司已经在其新款笔记本和监视器产品上面全面应用mini-DisplayPort接口。

各种接口技术的并存创造了于接口间信号传输时信号转换适配的需求，包括DisplayPort到DVI信号转换适配器，DisplayPort到HDMI信号转换适配器，DisplayPort到VGA信号转换适配器。DisplayPort到DVI或HDMI信号转换适配器让配备DisplayPort的笔记本计算机与显示器和平板电视之间拥有高度灵活性、稳定、具成本效益的DVI或HDMI讯号连结，并可完全满足终端客户对高质量影像的需求。

DisplayPort到DVI/HDMI信号转换原理

由于在DisplayPort推出之际，HDMI和DVI已经存在，所以DisplayPort源设备必须与现有的HDMI和DVISink设备能够互操作。为满足这个要求，实际上所有的DisplayPort数据源设备都是“双模”设备，即同时支持DisplayPort（直接连接），并通过一个便宜的线缆适配器（“dongle”）来支持DVI/HDMI。

这将允许台式或笔记本电脑只需迁移到一个输出连接器类型，同时仍然支持老式显示器或数字电视连接。在DisplayPort数据源设备的半导体器件中增加HDMI功能，系统成本增加并不大。由于电气接口是共享的，因此没有增加额外的硬件成本。

对于DisplayPort的双模设备，需要在DisplayPort接口部分标识一个图标（如图1所示），表示本设备不但只支持DisplayPort，还支持DVI1.0或者HDMI。在这个图标中，“++”标识和DisplayPort标识表明了本设备支持双模信号的能力。

图1.DisplayPort双模设备的标志

DisplayPort是VideoElectronicsStandardsAssociation(VESA)的商标
DP++:Dual-ModeDisplayPort
TMDS:Transition-MinimizedDifferentialSignaling
DVI(DigitalVisualInteRFace)是DigitalDisplayWorkingGroup(DDWG)的商标
HDMI(HighDefinitionMultimediaInterface)是HDMILicensing,LLC的商标

图2.DisplayPort到DVI/HDMI适配器

线缆适配器设置在DisplayPort数据源端，如图2所示。DisplayPort数据源端的线缆适配器（下简称源端适配器）的内部结构和工作原理如图3所示。

图3.源端适配器的内部结构和工作原理

美商传威TranSwitch的HDMI 1.4技术被三星电子用于下一代高清电视

美商传威的公司新闻：

HDMI 1.4 IP Core Samsung Design Wins

TranSwitch的HDMI® 1.4技术被三星电子用于下一代高清电视美商传威的事件影响：

为三星电子的Visual Display产品线带来优秀的视频质量

日前，面向快速发展的消费电子和电信市场的半导体解决方案全球领先供应商美商传威TranSwitch公司宣布，公司的HDMI® 1.4知识产权(IP)及其Phaswitch™专利技术已被三星电子用于下一代电视产品。

根据协议，三星电子将在2013年发布的Visual Display产品线（包括平板电视机）所用的下一代视频处理器中采用TranSwitch的HDMI®技术。

TranSwitch总裁兼首席执行官M. Ali Khatibzadeh博士表示：“我们对三星公司在其下一代数字电视中选用TranSwitch的HDMI®解决方案感到自豪。消费电子领域的全球领先厂商采用TranSwitch的HDMI® 1.4 知识产权，此举表明我们的技术是一流的。我们有长达14年的向一线大厂提供我们的高速知识产权许可的历史，包括一些全球最大的半导体企业。凭借我们的高速视频知识产权核心组合和支持HDMI ®与DisplayPort的新型HDplay™半导体产品，我们相信TranSwitch现在已经成为高速视频连接市场的佼佼者。”

TranSwitch的 HDMI® 1.4互连技术及其Phaswitch ™专利技术以行业领先的开关时间、低功耗和最小芯片面积，将为三星电子的Visual Display产品线带来全高清视频。

HDMI® 1.4接收器知识产权核心产品功能和亮点：

符合HDMI® 1.4和DVI 1.0标准 Phaswitch™提供快速输入端口互换功能支持带硬件验证的HDCP 1.4* HDMI®（高清多媒体接口）是HDMI LLC的注册商标。

3GHz HDMI接收器的技术挑战及数据传输检测

中心议题：

3GHz HDMI接收器的技术挑战 3GHz数据传输的检验和测试

随着技术的成熟和价格的下降，市场对支持3D 1080p @60格式和4Kx2K @24显示需求在日益快速地增长。4Kx2K @30和3D 1080p @60格式的数据传输速度将达到普通高清视频格式1080p的4倍，从而导致视频接口的速度需在3GHz以上。由于HDMI在高清音视频上的广泛应用，所以支持3GHz HDMI接收器是这类“超”高清显示产品视频接口的首选。

在本文中我们将探讨支持“超”高清和3D电视接口的未来需求和趋势以及设计高速数据3GHz HDMI接收器的巨大技术挑战。这些挑战包括自动调节均衡器的设计和优化PCB布局（特别是当使用价位合理的FR4 PCB材料时）的考量。我们还将介绍如何应用ADI的ADV7619 HDMI接收器和标准1080p显示器来检验和测试3GHz数据传输。

前言

2009年6月，HDMI 1.4标准的发行建立了观赏3D立体电视节目和高分辨4K×2K（有时也简称4K）信号的传输结构标准。自从这个标准发行以来，支持3DTV传输格式的器件和电子产品得到了迅猛发展。

3维立体电视（3DTV）被视为电视技术下一个大发展的动力。新的3D技术提供给观众真正完美和高清晰度的立体体验。它将使人们在家里就能够享受到立体电视和玩三维游戏。在2011的消费电子展（CES）上，世界知名日系韩系电视制造商三星、索尼、LG、Panasonic、东芝和近两年崛起的Vizio都大力唱销立体电视。3DTV也自然而然地成为消费电子发展的五大趋势的榜首。

4K×2K，大家通常称之为4K，是最近推出的新的视频格式。它的分辨率比1080p高4倍。在专业音视频和工业、医疗用音视频等领域，支持超高分辨率4K×2K的趋势已经开始。目前已有小至36英寸的4K×2K即将量产。YouTube最近宣布它将支持4K×2K视频的上传和显示。

以4K系统为例，图1所示的是一个典型的支持4K的系统。支持300MHz的接口由HDMI来实现。系统接收了4K的信号后，可以以两种方式处理：

（1）将输入的4K信号不作任何处理直接输出或只是处理音频而将视频直接输出（video by pass）。
（2）由音视频处理器（Video Signal Processor，即VSP）作信号处理后再输出。

图1 典型的支持4K×2K的HDMI系统

因为迄今4K×2K是最高的显示分辨率，所以用直接输出（by pass）更能够体现源视频高清质量，因而是真正的4K×2K的品质。

实现以上所说3D和4K×2K等最新技术发展的瓶颈之一是带宽问题。要支持3DTV 60Hz和4K×2K 30Hz，带宽要达到3Gbs（市场上所谓的“Full HD”1080p的4倍），所以对于系统设计工程师来说最大的挑战是：

（1）设计出能承载更高带宽的HDMI数字接口
（2）高于3Gbs音视频信号的处理
（3）检验和测试3Gbs数据传输
（4）进行和通过HDMI的认证（HDMI compliance test）

下面我们将着重讨论高带宽的数字接口和高速度数据传输的检测。

高带宽HDMI数字接口的设计要求

众所周知，超高频音视频信号传输时最大问题是信号的过度衰减。信号频率越高，传输距离越长，衰减幅度呈指数急剧下降。图2是HDMI线缆中输入信号衰减随信号频率变化的曲线图。

图2 HDMI线缆中输入信号的衰减随信号频率的变化

在线长为25米、输入信号频率为225MHz时（与1080p 12bit deep color对应），信号衰减约为23dB。延伸到300MHz的话，衰减可能会达到25dB~28dB。HDMI标准要求HDMI接收器(Receiver或Rx）能够接收和复原任何达标的HDMI发射器（transmitter或Tx）送出的HDMI信号，所以通常解决这个问题的方法是在HDMI接收器前端集成信号均衡器（Equalizer或EQ）。信号速度越快，这个均衡器的设计就越困难、越关键。

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00另外我们可以看到信号衰减随HDMI传输线的长短也会有相当大的变化。这个（长短线之间的）变化随输入信号的频率升高而加大。从图2可以估出在150MHz（1080p）时，5m和25m传输线之间信号衰减的差别约为20dB。下面我们以HDMI眼图来更直观的说明这个问题。图3是一个4K的信号经过2米HDMI铜线后的眼图。尽管长度只有2米，但它的眼图已经减小的非常厉害了。

图3 4K×2K信号通过2米HDMI铜线后的眼图

图4是一个4K的信号经过10米HDMI铜线后的眼图。它的眼图基本上已经完全关闭。所以在接收时如果不加任何均衡的话是无法恢复原来的音视频信号的。

图4 4K×2K信号通过2米HDMI铜线后的眼图

均衡器（equalizer）实质上起的是信号补偿的作用。它的补偿强度随输入信号频率的增加而增强。其综合效果是使输入信号在高频时损失减少。图5展示了这样的效果。蓝色曲线显示输入信号在HDMI线中（28 AWG）随输入信号频率的升高而衰减，红色曲线是均衡器补偿随输入信号频率的响应曲线，天蓝色的曲线则是经过补偿后的信号。从图中可以看到输入信号的衰减在高频段明显改善。

图5 4K×2K信号通过2米HDMI铜线后的眼图

由于终端客户的应用情况是各种各样的。比如，带有HDMI Rx的投影仪通常需要较长的HDMI线，而在住家中的人们用来连接电视和DVD间的连线则可能长也可能短。这个现象给系统和Rx芯片设计工程师带来了另一个需要解决的难题——如何使这个前端的均衡器能够正确地对HDMI传输线的长短进行正确地识别、反馈，进而自动调节均衡器的增益？在这里，我们要强调“自动调节增益”的功能，因为要求一般家庭用户去根据连线的长短来调节电视的设置是不太现实和方便的。在上市的首款300MHz HDMI Rx ADV7619中集成的均衡器采用了“真实动态均衡技术”，使得这个问题得到了比较好的解决。它能根据接输入信号的HDMI导线的长短自动调节增益。如图5所示，在HDMI线为10米时，均衡器会将增益优化在3GHz。

另一个系统设计中非常重要的因素是PCB的设计。因为大多数家用电器都会有多个HDMI输入，所以PCB上HDMI输入走线的优化和匹配会很关键。在设计3GHz的HDMI线路时尤其要注意到以下几个可能会出现的问题：

（1） TMDS双线的匹配较差
（2）过长的连线带来的信号波动与衰减
（3）相邻引线中的信号干扰（高速信号尤其严重）

每对TMDS线对应该尽量紧凑，使得输入走线的长度能满足100Ω差分阻抗的要求。特别要注意信号线不要跨越其它数字传输和时钟线，以免引起干扰TMDS信号的串线。

另外，在制版、选择PCB和元件时也要考虑它们对信号的影响。高规格的PCB材料虽然对抗信号互相干扰性能好，但其价格对消费类产品的成本则压力过大。而人们常用的FR4材料（介电常数0.45~0.48）对信号的影响会达到每8英寸-1dB。

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00检验和测试3GHz数据传输

由于目前4K×2K的源还不是很普及，能直接显示4K×2K的屏则更稀少。所以如何直接检验和测试3GHz数据传输以及做更一步的HDMI验证是亟需解决的一道难题。在ADI的HDMI测试实验室，我们成功地用ADV7619（HDMI 3Gbs Rx）、1080p的显示屏和市场上可买到的一般的1080p的信号发生器观察和测试了4K×2K的信号。下面我们简单介绍一下测试的方法、原理和装置。

图6是4K×2K图像的验证装置流程图。其功能是将一个4K×2K的图形转变为2K×1K的图再将其用一个支持1080p的屏显示出来。

图6 4K×2K图像的验证装置流程图

（1）4K×2K的HDMI源（source）：
市场上现已有4K×2K的源但成本会较高。我们在这里用ADV7511 HDMI Tx的2X输出模式（详细描述可见ADV7511说明书）将一个24bit（每种颜色8bit）的1080p的源转化成一个3Gbs的HDMI测量源。

（2）4K×2K信号的接收：
ADV7619可以接收24bit的3Gbs HDMI信号。它的输出由2个24bit的输出总线（TTL data bus）组成。

（3）将Hsync的频率降低一倍：
这一步骤是我们能否用1080p的屏来观测4K×2K信号的关键。1080p的屏是不支持4K×2K的Hsync的，所以我们用一个FPGA（在ADV7619的评估板上）将2个24bit的输出总线之一的信号的频率降低一半，使之成为1080p的屏能够支持的Hsync模式。这样在屏上显示的是由原始2K行的隔行数据组成的1K图像。

结论

3Gbps HDMI接口的解决方案使得用户可以直接体验3DTV（60Hz）和4K×2K等HDMI最新标准定义的新功能。接收器前端集成的能自动调节补偿强度的均衡器是高速HDMI接收器性能的关键。在设计3Gbps视频系统时必须重视适当和优化的的布线，以防止HDMI信号路径上高频信号的相互影响。

HDMI兼容性测试的常见故障分析

中心议题：

HDMI兼容性测试的常见故障及解决方法

自从HDMI标准于数年前发布以来，这项标准已经得到了广泛的采用。为了贴上HDMI标志，所有HDMI产品都必须通过HDMI兼容性测试(HDMI CT)。而为了节省时间与金钱，客户在将其HDMI产品送到授权测试中心(ATC)进行认证之前，应当进行预测试。本文根据ADI公司HDMI CT实验室进行众多预测试获取的经验，讨论导致产品HDMI兼容性测试失败的最常见系统设计问题。另外也会分析特定的故障情况，并提供解决方案。

几乎所有的设备，包括电视机和DVD机在内，都并非第一次就通过认证测试。其中大多数故障与系统设计和PCB布局布线有关。为了通过HDMI兼容性测试，有时候需要一些特殊的功能。例如，可能需要在来源设备中启用或禁用HDCP（高清内容保护）功能。为了设计符合HDMI标准的产品，IC和系统设计公司以及制造商都必须充分了解HDMI规范和兼容性测试规范(HDMI CTS)。以下列举了最常见的故障以及相应的建议解决办法。

EDID测试

来源设备必须支持“增强型DDC”规范，这意味着来源设备必须能够利用“段指针0x60”来读取256字节之后的EDID信息。大部分情况下只有256字节用于EDID，但HDMI兼容性测试要求检查系统能否读取4个模块（128字节/模块），即总共512字节。为了通过HDMI兼容性测试，段指针必须满足这一要求。

HDMI发送器(Tx)的5V电源

有些客户利用一个串联电阻或二极管来限制5V输出的电流。在HDMI兼容性测试中，HDMI Tx的5V电源测试要求从+5V电源引脚吸取55mA电流。这可能引起测试失败，因为电源输出必须介于4.8V至5.3V之间才能通过。图1显示，当连接一个10Ω的电阻时，输出降至4.45V，因此没有通过测试。

图1 +5V电源当连接一个10Ω的电阻时，输出降低，导致测试失败

HDMI Tx DDC/CEC线测试

必须正确连接消费电子控制(CEC)线（HDMI连接器的引脚13）。如果系统在设计上不支持CEC功能，设计师可以让该连线悬空。有时候，人们想将CEC线连接到视频信号处理(VIP)芯片的通用I/O来支持未来可能的扩展。这种情况下，设计师必须确保该连接满足HDMI兼容性测试准则，包括使DDC线最大电容小于100pF。

HDMI来源设备需支持的视频格式

HDMI规范要求所有的HDMI来源设备必须支持下列格式之一：640480p @59.94/60Hz、720480p @59.94/60Hz¼或720576p @50Hz。设计HDMI来源设备时，有时还必须注意另一个要求：如果来源设备上任何一个YPbPr或其他非压缩数字端口能够支持下列格式，则该设备上的HDMI端口也必须予以支持。

1280 720p @59.94/60Hz
1920 1080i @59.94/60Hz
720 480p @59.94/60Hz
1280 720p @50Hz
1920 1080i @50Hz
720 576p @50Hz

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00HDMI来源设备(HDMI Tx)与DVI接收设备(DVI Rx)之间的兼容性

HDMI规范要求所有的HDMI来源设备与兼容DVI 1.0标准的接收设备兼容。当HDMI来源设备连接到DVI接收设备时，必须满足下列要求：

发送的视频格式为RGB 不发送视频保护频段不发送数据岛(Data Island)

当来源设备检测到有接收设备插入时，它应假定接收设备是DVI设备。与此同时，来源设备将检查接收设备的EDID是否包含CEA扩展，以及CEA扩展是否包含具有有效长度的VSDB（供应商专用数据块）。如果都包含的话，来源设备将认定所连接的接收设备是HDMI设备。

HDMI接收器(Rx)的EDID测试

该测试的通过率非常低。所以，设计师自己应该熟悉最新HDMI规范的EDID要求。下面列举导致失败的一些常见错误。

1. 在EDID的前128个字节中，必须提供“监视器距离限制表头”和“监视器名称表头”，这两个表头均为18字节。如果任一个的内容短于18字节，则必须用0x20来填补，并以0xA0结束。

2. EDID中的“短视频描述符(SVD)”与“能力声明表(CDF)”支持的视频格式不相符。CDF中声明的任何格式都必须在EDID的SVD中列出。

为了简化系统设计，一些设计师通过一个1K电阻，直接将HDMI输入端的+5V电压连接到HDMI Rx的HPD引脚。在这类设计中，当系统处于待机模式或者交流电源断开时，将无法读取EDID EEPROM，HPD引脚电压可能会保持高电平，这将导致HDMI兼容性测试失败，因为HDMI兼容性测试规范要求在HPD引脚电压为高电平时，必须能够访问和读取EDID，即使断开交流电源或者系统置于待机模式也是如此。在后面的部分中将提出解决这类问题的参考设计。

HDMI Rx TMDS差分阻抗

大量设备没有通过这项测试，虽然大多数系统设计师都知道有关输入差分阻抗的要求。绝大多数情况下，系统不能通过这项测试的原因是输入ESD保护器件或EMI扼流圈的寄生电容太大。大部分高速信号ESD防护器件制造商都为客户提供了具有阻抗特性的系统PCB布局布线参考设计。对于该测试，系统PCB布局布线将会影响测试结果。如果失败，用户则要重新设计PCB，这将影响生产进度和产品的上市时间。

请注意，在HDMI CTS V.1.3中，通过该测试的标准与HDMI CTS V.1.2不一样。与以前的CTS一样，直通连接的阻抗值要求仍然是100Ω±15%，但允许单次偏移的最大值/最小值达到100Ω±25%，不过持续时间短于250ps。

HDMI Rx DDC/CEC线电容和电压

这项测试的失败率最高，原因是用于电平转换的MOSFET的电容太高。为了避免失败，建议在DDC线上采用Ciss和Coss小于10pF的MOSFET。

HDMI Rx CEC线的连通性

当HDMI系统有多个HDMI输入时，对于非独立的CEC线，HDMI规范要求来自所有HDMI输入（如有）的CEC线能够与一个HDMI输出（如有）相互连通。该测试的CTS要求小于5Ω。即便是不支持CEC的系统，也要求输入CEC线能够互相连通。

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00HDMI Rx HPD输出电压

某些客户使用图2所示的电路来利用HDMI连接器提供的5V电压，并利用VCC为HPD提供所需的5V电压。这就违反了规范的要求，即当HDMI 5V输入为0V时，HPD电压应该高于0V但低于0.4V。解决这一问题的最简单方法是将一个1K电阻串联连接到HPD引脚。图3所示的简单开关电路也能解决问题，其功能是控制HPD引脚，并在下游的接收设备已准备好时通知来源设备，或者决定来源设备是否应该重新启动某些功能，如高清内容保护(HDCP)身份验证。这将大大提高系统兼容性。

图2 HPD输出电

利用来自HDMI连结器的5V电压和VCC来提供HPD所需的5V电压，这种方式违反了HDMI兼容性测试要求。

图3 HPD输出电压

将1 K电阻与HPD引脚串联连接的开关可以解决这个问题。

HDMI Rx视频格式支持

这项测试的一个常见故障是某些系统无法满足所有HDMI接收设备都必须能够接收640 480p @59.94/60Hz格式的要求。针对60 Hz视频设计的系统必须能够支持720 480p @ 59.94/60Hz的输入格式，针对50Hz视频设计的系统必须能够支持720 576p @50Hz的输入格式。在ADI实验室测试过的来源装置中，有许多客户都忽略了支持640 480p视频格式的要求。

对视频格式时序偏差的容错度较小，也是导致测试无法通过的另一个常见原因。该测试覆盖所有支持的视频格式。支持50Hz的系统必须能够容忍49.75Hz至50.25Hz（50Hz 0.5%）之间的时序变化。支持59.94Hz或60Hz的系统必须能够容忍59.64Hz至60.3Hz（(59.94Hz "0.5%至60Hz +0.5%）之间的时序变化。

针对无线中继器的新测试要求

在最近的6到9个月时间，无线中继设备增长迅速。HDMI Licensing LLC已针对这类无线设备发布了测试指南。如果无线中继器支持高带宽数字内容保护(HDCP)，则设备必须按照HDMI中继器的要求进行测试。如果设备不支持HDCP，则设备既可以按照中继器的要求进行测试，也可以按照独立来源和接收设备的要求进行测试。如果无线设备是CEC根设备，则可以不进行“物理地址”测试。

结束语

如上所述，为了确保产品符合HDMI规范，通过HDMI兼容性测试是一个基本而且重要的步骤，它还有助于改进不同厂商的产品之间的互通性。针对最常见的HDMI兼容性测试故障提供解决方案，不仅能够为消费电子客户提供高品质的HDMI接口产品，而且有助于他们设计出高兼容性的系统。

无人机未来方向

颖特新消息，未来几十年，我们头上的天空可能会变得不同.无人机技术的发展，将改变我们看这个世界的角度，让我们对各个角落一览无余。像亚马逊和谷歌等科技巨头正在测试无人机来进行快递投放，但是，这些仅仅是无人机应用的冰山一角。除此之外，无人机还会在那些领域出现呢?

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Skycatch 等公司目前正在开发一种可以充当自动侦查员的无人机。当运动监测器被触发后，无人机将会起飞，飞行在高空进行地面侦查，并将直播视频传输给地面终端设备，这样你就可以判断是否应该打电话叫警察来，或还是借用无人机上配置的武器进行攻击。

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美国联邦最高法院已作出规定，在提及到空中拍摄方面，美国公民并不享有隐私权。因此，现在搭载摄像机的无人机是被允许的。这样我们很容易联想到，未来小报记者们会动用无人机摄像机来跟踪名人的一举一动。

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当我们将无人机和虚拟现实技术结合起来，事情将变得疯狂起来。使用HDMI输出将Oculus Rift与一个四翼无人机绑定在一起，你就可以享受在湍急的河流和火山口上以无人机的视角进行飞行的体验了。

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