HDMI-信号接口及显示规范

HDMI信号接口及显示规范1：范围本规范规定了视频产品接收设备中HDMI信号外部接口互连的电气特性和机械配接要求。本部分适用于视频产品接收设备间标准接口HDMI信号的连接。规范参考文件《High-DefinitionMultimediaInterfaceSpecificationVersion1.3》高清晰度多媒体接口标准《DDWG(DigitalDisplayWorkingGroup》数字显示标准《EIA/CEA-861电子产品行业标准》《High-bandwidthDigitalContentProtectionSystemRevision1.2》高速数位带宽保护标准《VideoElectronicsStandardsAssociation》2:术语及定义A:HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface）高解晰度多媒体数位传输界面,是基于DVI（DigitalVisualInterface）的基础上延伸出的新定义，适合在数码电视、DVD播放机、机顶盒以及其它数码视听产品中使用。在保持高质量的情况下能够以数码形式传输未经压缩的高分辨率视频和多声道音频资料,频宽也从原来的165Mhz提高到340Mhz(25Mhz---340Mhz),最高资料传输速度：10.2Gbps,,，此外HDMI功能还支持EDID,DDC2B,因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式,最重要一点就是含有HDMI功能的产品必须通过验证(HDMIComplianceTest)才能获准使用HDMI商标.B:由于HDMI信号中将音频和视频信号均加载到一根电缆在线，因此不像现有模拟方式的视听产品那样需要拉多条线。HDMI中采用了适合在数码携带型摄像机上使用的小型接口。另外，还支持家电产品业内团体ConsumerElectronicsAssociation（CEA）的标准规格EIA/CEA-861x。同时C:何为DDC2B?是指主机与显示设备准双向通讯的协议标准，主要基于I2C通讯协议。只有主机向显示设备发出需求信号，并得到显示器的响应后，显示设备才会像主机送出EDID资料D:何为HDCP?HDCP(HighSpeedDigitalContentProtection)是一种利用数码加密技术行为，作为现今串行传输之数据保护用途E:HDMI……DVI+A:+AudioB:+YCbCrVideo(Televisioncolorspace)C:+SmallCEFriendlyConnetorD:+CEControlbusE:+OtherControlandconfigurationcapabilities3:HDMIBlockDiagram4:信号的波形:HDMI:4differentialsignalpairs:3datachannels,1clockchannel具体波形如下:5:相关信号Level标准:A:TMDS–TerminationVoltage(差分信号终极电压)Criteria:3.125V≤VTERM(TMDS±Data)≤3.475V(PleaserefertoP.45ofHDMICTS1.3fordetails)B:TMDS–MinimumDifferentialSensitivity(差分信号最小纹波电压)Criteria:VDIFF(minimum)150mV(refertoP.46ofHDMICTS1.3fordetails.)C:TMDS–Intra-PairSkewCriteria:IfTMDSclockfrequency=222.75MHz(225Mhz)Inter-PairSkew0.4TBIT,thenFAILIfTMDSclockfrequency222.75MHz(225Mhz)Inter-PairSkew112psecs+0.15TBIT,thenFAIL(refertoP.46ofHDMICTS1.3fordetails.)(注意:TBIT:TimedurationofasinglebitcarriedacrosstheTMDSdatachannels)D:SDA/SCLLineCapacitance(SDA/SCL对地电容值)Criteria:HDMISourceCableAssemblyHDMISinkSDA–DDC/CECGround50pF700pF50pFSCL–DDC/CECGround50pF700pF50pF(refertoP.46ofHDMICTS1.3fordetails.)E:SDA/SCLLineVoltage(SDL/SCL数据通道电压)Criteria:(Whenpoweron)4.5V≤SDA≤5.5V4.5V≤SCL≤5.5VF:HPDOutputVoltageandOutputresistance(HPDpin输出电压和输出阻抗)Criteria:1:Setthe+5VPowerpinto0.0V0.0V≤VHPD≤0.4V2:Setthe+5VPowerpinto4.8Vand5.3V2.4V≤VHPD≤5.3V3:Outputresistance:800Ω≤ZHPD≤1200Ω(ZHPD=1000ohms±20%)(PleaserefertoP.53ofHDMICTS1.3fordetails.)G:+5VPowerMaxCurrent(+5V的最大电流)Criteria:1:SinkDUTisPowerONISINK≤10mA,2:SinkDUTisPowerOFF,UnpluggedfromACISINK≤50mA,(PleaserefertoP.51ofHDMICTS1.3fordetails.)H:CECLineN/APleaseSupplement1ConsumerElectronicsControl(CEC)I：HDMIImpedance（阻抗要求）Criteria:ConnectorArea:TypeA:100ohms±15%TypeC:100ohms±25%TransitionArea:100ohms±15%CableArea:100ohms±10%(PleaserefertoP18ofHDMICTS1.3fordetails.)6:HDMISupportVideoformatA:SXGA:1280x1024@85HzB:UXGA:1600x1200@60HzC:SDTV:480i.480p.576i.576pD:HDTV:720p.1080i.1080p7:HDMI传输原理解析:A:原理分析TMDS是一种微分信号机制，采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础，也是HDMI技术的基础原理。TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传送10bit的数据流。而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。HDMITypicalFrame一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3版本前每个像素采用24bit）、控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期，分别对应上述的三种数据类型。B:HDMI带宽和TMDS的关系在HDMI标准中所规定的带宽,在1.0版本就设定为最高4.96Gbps,而在1.3版本中规定是10.2Gbps,这数值如何得来的呢?请看以下公式:串行接口带宽=系统时钟频率x数据量这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精确的闹钟一样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说，某一运算电路的晶振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。由此可见，晶振的工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力也就会越强大。而HDMI标准中，这个原理同样适用。HDMI编码图例：3个TMDS分别传输像素点的RGB数据HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时范围从25MHz-340MHz之间，也就是说一个TMDS通道每秒最多能传输340MHz×10bit=3.4Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可以传输3.40×3=10.2Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是1.2Gbps的带宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示10.2G个像素点（一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成）所需要的数据量。8:HDMIAUDIO功能HDMI1.0规范在开始的时候，就定义了支持DolbyDigita5.1（包括DolbyDigitalEX）和DTS（包括DTS-ES）。HDMI1.1增加了支持DVD-Audio的功能，HDMI1.2增加了SACD功能。HDMI1.3增加了对新的无损数字环绕音频格式DolbyTrueHD和DTS-HDMasterAudio的支持。此外，HDMI（除1.0版外）都能够传输8声道192kHz、24比特的无压缩音频，其效果优于其它所有消费音频格式9;HDMIConnetorType:以上三种型号的HDMI,我们使用的是A类型10:HDMICable(HDMI线材)HDMI传输线材的规格在HDMI系统中，另一个及其重要的技术要点,实际上，对于一套可靠的数字传输系统而言，特别是高速大容量的数字传输系统，传输线缆的质量将是决定HDMI在实际应用中表现的重要因素.在HDMI标准的规范中，可以实现最长20米的传输距离。但是要想实现20米的长距离传输，对于使用铜芯的电缆而言，是一件非常困难的事情。因为铜芯电缆在传递频率越高的信号时，随着距离的增加，产生的信号强度衰减问题会剧烈增加。表现在显示终端上，就是显示分辨率和大幅降低。HDMI1.3标准中对连接线缆规定了两种规格，分别是：1.标准电缆(1类)，该类电缆的支持速度高达75MHz，该速率对应的分辨率是720p和1080i；2.高速电缆(2类)，该类电缆支持的速率高达340MHz，对应的是1080p，深彩色和高刷新率11:HDMI兼容测试常见问题与解析：A:+5V电源输出有些客户习惯性地在HDMI输出端口的电源输出通路上串联电阻，起到限流的作用。但在HDMITx的测试中会接一个吸取55mA电流的负载，然后测试输出电压，要求电压在4.8V和5.3V之间。例如图1所示例子中串接了一个10欧姆的电阻，结果造成输出电压为，5－10x0.055=4.45V4.8V，此项测试失败。图2:+5VPOWERB:TMDS信号差分阻抗匹配现在很多人在设计电路板的时候都会考虑到TMDS信号差分阻抗匹配的要求，但往往还是会在此项测试中失败，原因在于客户选用的ESD保护器件或者是抑制EMI用的共模扼流圈寄生电容太大，导致此项测试失败。现在很多用于高速线路的ESD保护器件的供应商都会提供推荐的布线方案，而且也会提供阻抗测试图，客户可以要求这些厂商提供相关的资料。此项测试是HDMI兼容性测试中为数不多的跟硬件线路相关的测试项目，此项失败，客户往往需要更改电路板设计，会耽误投产和上市时间。C:HPD输出电压一些设计人员喜欢使用以下电路来利用HDMI端口的5V电压，同时利用VCCD为HDMI端口的HPD管脚提供电压，但这会违反HDMI协议中当HDMI+5V输入为0V时,HPD电压应大于0V,并小于0.4V的要求。这里最简单的方法是将HDMI输入端口的＋5V电压串联一个1K的电阻直接路由回HP