HDMI/DVI基本原理

近年來視頻傳輸領域幾乎經歷了從模擬到數字根本轉變，VGA和分量視頻—模擬視頻連接方式—正在被HDMI和DVI取代。這兩種數字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，并同時處理一組高頻和低頻信號。DVI規范于1999年定稿，撰寫這篇文章時，HDMI規范1.3版正在制定中。這兩種標準均采用TMDS？ （最小跳變差分信號）傳輸數據的高頻（視頻）部分。TMDS信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監視器（接收端）和視頻源連接在一起時尋找以最佳性能協同工作的方法。多數新型TMDS HDTV芯片包含兩組完整TMDS （高頻）輸入，但無法處理LoF （低頻）信號。

實現HDMI和DVI系統中的“即插即用”功能，源端（通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機）和接收端（通常是監視器或接收機）必須連接起來。HDMI和DVI借用VESA （視頻電子標準協會）的開放標準，采用DDC （數字顯示通道）、一個稱為HPD的新信號（熱插拔檢測）、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID （擴展顯示標識數據） EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、類型號、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，以便二者協同工作。圖1所示為通過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中給出了作為四個差分對連接的TMDS信號，+5V，HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID。EDID電源由接收端內部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I2C兼容的DDC線路進行通信。1980年推出的I2C規范是+5V規范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，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。

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

在低頻視頻信號源之間切換

使用MAX4929E，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM （人體模型）保護。這種高級別的ESD保護通常可以省去各引腳的額外保護措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，器件選擇其中一路輸入。這種源切換可實現多種功能：為信號提供ESD保護、同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以保護EDID EPROM端不出現高于其電源的電壓。MAX4929E消耗極少的電流，源端設備提供的+5V即可滿足其電源需求。

MAX4929E沒有特殊的上電順序要求，因此設計人員不必擔心某個源設備開啟而其它源設備關斷時會出現何種問題。由于以下原因，源設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可連接設備的控制之下；還可防止第二條電纜加載I2C總線。后一項優點解決了兩路源設備同時連接至一個負載時遇到的兩個問題：

可能出現的主機沖突 額外的容性負載（每條電纜的分布電容為200pf/m）如果將第二條2m長的電纜連接到主電纜上，將會超過700pf最大分布電容的規范要求。通過使用開關，I2C驅動器在同一時刻只“看到”一個負載。在這種方式中，即便是兩條3m的電纜也不違反700pf的規范要求。

在多數系統中，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TTL兼容的HPD信號。MAX4929E的下列功能（圖2）可解決三個問題：

HPD輸出端的ESD保護

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兼容信號的邏輯電平轉換功能

圖2. 原理圖給出了MAX4929E的典型電路連接方式。該器件提供實現完整的2:1 HDMI或DVI開關所要求的切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。

前面已經討論過ESD保護。如果HPR信號為邏輯高電平（標稱值+5V），則該邏輯高電平會出現在連接至MCU的引腳上，并且保證該引腳的邏輯電平兼容于MCU電平，因為MAX4929E的基準引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入上出現了+5V信號，則MCU上就能得到邏輯電平兼容的信號。接收到該信號后，MCU接著發出HPD信號。MAX4929E將HPD信號“導引”到適當的HDMI器件，并且在所接器件上產生完全兼容TTL的信號。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產生同相的邏輯0或1 （TTL兼容電平）。使用其輸入，可確保該信號是邏輯電平兼容的，因為其基準連接至MCU的同一電源。 除了與包含兩路高頻輸入的TMDS器件協同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關組成芯片組，用于將兩組TMDS輸入和集成到單個裝置中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設備提供第二組輸入。

結論

MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關中所有低頻信號的切換。為所有外部引線提供高等級的ESD保護。MAX4929E與EDID EPROM配合使用，其輸入端可接受+5V信號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MCU的同一個電源上。這一特性可確保SEL、HPR和HPD信號兼容MCU的邏輯電平。MAX4929E可處理實現2:1 HDMI或DVI開關所需的全部切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。MAX4929E還可增強MAX4886，以實現完整的單路輸入設備切換功能。

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