HDMI/DVI基本原理
近年來(lái)視頻傳輸領(lǐng)域幾乎經(jīng)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(shí)處理一組高頻和低頻信號。DVI規范于1999年定稿，撰寫(xiě)這篇文章時(shí)，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(gè)差分對傳輸R、G、B和時(shí)鐘，占用19針連接器的8個(gè)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(shí)尋找以最佳性能協(xié)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(wú)法處理LoF (低頻)信號。
要實(shí)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(lái)。HDMI和DVI借用VESA (視頻電子標準協(xié)會(huì ))的開(kāi)放標準，采用DDC (數字顯示通道)、一個(gè)稱(chēng)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(lèi)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(xié)同工作。圖1所示為通過(guò)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(gè)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(shuō)明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過(guò)I²C兼容的DDC線(xiàn)路進(jìn)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(shí)，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(wú)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(shí)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�？梢允∪ジ饕_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(shí)現多種功能：為信號提供ESD保護、同一時(shí)刻只選通一個(gè)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(mǎn)足其電源需求。
MAX4929E沒(méi)有特殊的上電順序要求，因此設計人員不必擔心某個(gè)源設備開(kāi)啟而其它源設備關(guān)斷時(shí)會(huì )出現何種問(wèn)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(gè)可連接設備的控制之下；還可防止第二條電纜加載I²C總線(xiàn)。后一項優(yōu)點(diǎn)解決了兩路源設備同時(shí)連接至一個(gè)負載時(shí)遇到的兩個(gè)問(wèn)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(cháng)的電纜連接到主電纜上，將會(huì )超過(guò)700pf最大分布電容的規范要求。通過(guò)使用開(kāi)關(guān)，I²C驅動(dòng)器在同一時(shí)刻只“看到”一個(gè)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(gè)TTL兼容的HPD信號。MAX4929E的下列功能(圖2)可解決三個(gè)問(wèn)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(shí)現完整的2:1 HDMI或DVI開(kāi)關(guān)所要求的切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。
前面已經(jīng)討論過(guò)ESD保護。如果HPR信號為邏輯高電平(標稱(chēng)值+5V)，則該邏輯高電平會(huì )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(zhù)發(fā)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(chǎn)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(chǎn)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(xié)同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開(kāi)關(guān)組成芯片組，用于將兩組TMDS輸入和集成到單個(gè)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(kāi)關(guān)中所有低頻信號的切換。為所有外部引線(xiàn)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(gè)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(shí)現2:1 HDMI或DVI開(kāi)關(guān)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(shí)現完整的單路輸入設備切換功能。
