HDMI详解

HDMI详解

摘要

本文详细介绍了HDMI接口的定义、不同类型的接口、HDMI脚位功能、版本间的区别，重点探讨了电路设计，包括电源、HPD检测、I2C通信、数据时钟、ARC/eARC音频回传以及CEC消费电子控制等内容，为HDMI产品设计者提供了实用指南。

HDMI的定义

HDMI是高清多媒体接口(High Definition Multimedia Interface)的简称。HDMI是一种全数字化视频和声音发送或接收接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。主要用于机顶盒、电视、电脑和一些音箱等产品。

HDMI接口类型

HDMI接口有三种，分别是HDMI标准接口、HDMI迷你接口、HDMI微型接口。

1、HDMI标准接口，又称为A型接口。其接口宽度为13.9mm，厚度为4.45mm，主要用于机顶盒、电视、电脑和一些音箱等产品；

2、HDMI迷你接口，又称为C型接口。其接口宽度为10.42mm，厚度为2.4mm，主要用于MP4、平板电脑、相机等设备；

3、HDMI微型接口，又称为D型接口。其接口宽度为6.4mm，厚度为2.8mm，，主要用于智能手机、平板电脑等设备

当然还有29pin的B型接口，以及汽车用的E型接口，由于他们在我们生活中或者设计应用是用的不多，所以这里不作介绍。

下面我们也只针对HDMI标准接口做讲解

HDMI脚位功能定义

HDMI不同版本区别

HDMI电路设计和详解

我们对知识点要了解透，也就是如果某一天当你在设计HDMI相关的产品时，你需要对这个HDMI了解，然后在实际电路设计的时候，可以打开我的文章看看讲解，当然，如果你还是有一些疑问，你也可以私信我。好了，我们继续往下看。

上图是HDMI的TX电路，RX电路会有些区别，后面我们会把电路也分享出来，有需要的朋友可以找我要。

电源电路设计

电源部分，HDMI是采用5V电源设计，+5V电源由发送器(SOURCE)TX输出给接收器(SINK)RX。

发送器(SOURCE)TX设计：TX端电流不低于55mA，这个+5V电源前段可以是DC/DC提供，但是要求有0.5A的限流功能，电压范围4.8V-5.3V；

接收器(SINK)RX设计：RX端电流消耗不超过50mA，上电完成后不超过10mA，电压范围4.7V-5.3V。

我们这里搭配的配电开关是帝奥微的DIO7003。

HPD检测电路设计

HPD（HotPlug Detect）热插拔检测。

Sink（RX）设备的HPD信号定义高电平为2.4V-5.3V，低电平为0-0.4V，输出电阻为1kohm±20%；

Source（TX）定义HPD电压检测到介于2.0V-5.3V时为高电平,0-0.8V为低电平。

我们先看看检测机制：

一般Sink设备的HPD有1Kohm到5V的上拉电阻，因此Source设备的HPD需要有一个下拉电阻Rpd以判别悬空和高电平状态。

Rpd=Vhpd/(Vtp1-Vhpd)。以TP1测到19脚电压等于5V为例，下拉不小于667ohm。

HPD工作过程1

Source设备上电后会检测HPD是否被上拉到2V以上；

Source设备通过DDC读取EDID的信息以确定Sink能支持的分辨率；

Source设备检测TMDS是否被上拉到3.3V，有部分设备会检测所有的TMDS信号被上拉才输出TMDS信号，部分设备必须要检测到CLOCK上拉才输出信号，部分设备只要检测到某对TMDS被上拉即输出该上拉的TMDS。

Source设备输出目前的分辨率信号到Sink端。

HPD工作过程2

HPD信号不指示Sink是否上电正常、视频数据是否选中或有效，但是Source端发送的TMDS/HEAC/DDC等信号都依赖于HPD信号是否有效。

任意时刻，Sink设备在EDID不可访问时，HPD都应处于低电平；EDID准备好且检测到Source的5V电源信号后置高电平。

如果Sink的EDID内容发生改变，或者需要切换HDMI通道需要Source重新读取EDID，那么HPD需要发出一个不短于100ms时间的低电平信号，低电平再次变为高电平时，Source将重新读取EDID。

用一个示意图就可以说明了

需要提醒一下，我们HPD要有效，肯定是+5V电源的配电开关要使能。

I2C电路设计

HDMI的I2C采用的是5V电平标准，板端芯片的I2C电平一般采用的是3.3V或者1.8V，在使用的时候，注意增加电平转换电路，下图是采用两颗高速NMOS搭建的电平转换电路。

D2是为了防止电压反灌。

数据和时钟电路设计

磁珠和ESD

ESD管是做静电防护，共模电感是为了提高信号的质量。

匹配电阻和AC电容

四组差分信号，AC电容为0.1uF,匹配电阻采用6.2Ω；

标准设计

MOS管和499ohm电阻是标准设计，有些设计也有把MOS管直接省掉的，直接用GPIO来控制。

ARC或者eARC电路设计

HDMI的Pin14和Pin19用作交流耦合eARC差分输入/输出。

ARC和eARC的一下区别：
ARC是指音频回传信道( Audio ReturnChannel)，如果电视与功放两方均搭载HDMI1.4版本以上的端口，就可以从电视将声音回传给功放，让环绕音响系统取代电视喇叭发声。ARC功能的出现，可以减化线材的连接，只需要用一条HDMI线。在不支持ARC功能时，我们如果想把电视的音频传给音响，那还要多增加一条音频线。
eARC全名是增强版音频回传信道（Enhanced AudioReturn Channel），和先前的ARC技术相比，eARC提升很多， 在音频传输能力方面，eARC的最大码流可以达到37Mbps左右( ARC仅有1~3Mbps)，eARC不仅能传送无压缩的5.1或7.1多声道音频(Dolby True HD和DTS HD-MA)，而且还能传送Dolby Atmos和DTS:X音轨。而旧有的ARC只支持Dolby Digital、DTS、PCM 2.0...这类上一代的声音格式。eARC的诞生，也促使Netflix在提供网络影片时增加Dolby Atmos音效的比例。
以下是eARC所支持的音频格式详情：
Dolby音频格式：AC-4、DolbyDigital Plus、Dolby TrueHD、DolbyAtmos。
DTS音频格式：DTS、DTS-HDMaster Audio、DTS:X。
无压缩音频格式：Dolby TrueHD和DTS-HD Master Audio。

CEC电路设计

CEC是消费电子控制通道（Consumer Electronics Control）。通过这条通道可以控制CEC网络上的设备。用户能够使用一个遥控器控制多个支持CEC的智能设备，从而无需使用多个遥控器来控制设备，例如：电视机(TV)、机顶盒产品和影音播放器等。CEC还可以控制音频采样率。一般来说一台HDMI输出设备的CEC可以和多台HDMI输入设备的CEC连接，不允许和另一台HDMI输出设备连接。一台设备断电不能影响其他设备的CEC通信。对连接线缆组件的要求：两端连接器之间的阻值不大于5ohm。

CEC3.1实现：一键播放；系统待机；一键录制；时钟设置；菜单控制；遥控传递等功能。

CEC电气特性在断电状态（如断电）期间，漏电流不超过1.8uA。

HDMI接收RX电路设计