HDMI 在成為消費電子的標配接口后也在其它領(lǐng)域如車(chē)載顯示中逐漸得到了廣泛的應用。對于原先不是專(zhuān)業(yè)從事消費音視頻領(lǐng)域的設計工程師來(lái)說(shuō)，設計高頻率HDMI接口有一個(gè)學(xué)習和實(shí)踐的過(guò)程。文章以ADV7842/ADV7511參考設計方案實(shí)例介紹了HDMI輸入和輸出接口的設計和基本要求，HDMI兼容性測試（HDMI Compliance Test ）的要求，以及常見(jiàn)的問(wèn)題和推薦的解決方法。
近兩年HDMI 的應用得到了極大的普及。它已遠遠走出了傳統的電視、投影儀、游戲機和A/V放大器（A/V receivers）的范圍而變成了高清數位相機和家庭攝像機的必備接口。它在智能手機和車(chē)載顯示的應用也正在蓬勃興起。設計工程師必須對HDMI輸入和輸出接口的設計要求和兼容性測試（HDMI Compliance Test ）有一個(gè)基本的了解，從而在設計電路和PCB的設計時(shí)可提前周全考慮以避免重復設計。

HDMI I/O端和電源的設計
ADV7842 是一款集成了模擬（CVBS，RGB，和YPbPr）和HDMI receiver（HDMI Rx）輸入的視頻I/O芯片。ADV7511 是一款HDMI transmitter 芯片。下面借用以這兩款芯片做成的HDMI I/O參考線(xiàn)路討論高速高精度視頻PCB設計時(shí)最常見(jiàn)的問(wèn)題和推薦的解決方法。圖1為ADV7842-ADV7511 AV參考線(xiàn)路方框圖，圖2為ADV7842-ADV7511 AV參考線(xiàn)路實(shí)際PCB。

圖1 ADV7842-ADV7511 AV參考線(xiàn)路方框圖

圖2 ADV7842-ADV7511 AV參考線(xiàn)路實(shí)際PCB

HDMI輸入端
在PCB上HDMI連接端子（HDMI connector）到HDMI Rx 數據輸入管腳的長(cháng)度應減至最短，所以HDMI Rx 芯片置放的位置應盡量靠近HDMI連接端子，如圖2所示。過(guò)長(cháng)的連線(xiàn)會(huì )受其他外部源的影響而產(chǎn)生噪聲。連線(xiàn)短，也有助于控制差分阻抗。HDMI TMDS傳輸線(xiàn)的差分阻抗要控制在100Ω左右。差分阻抗與板材、板厚、疊層結構、線(xiàn)寬、線(xiàn)距都密切相關(guān)。建議用戶(hù)跟制板商協(xié)商相關(guān)參數, 在設計時(shí)即有所考慮, 避免再次改板或者調整設計。

HDMI接收器電源
為了達到好的（尤其是傳輸速度快的高清信號時(shí)）設計性能，HDMI Rx的供電電源的設計和布板合理性非常重要。典型的HDMI Rx電源設計要注意到的問(wèn)題：
•模擬線(xiàn)路電源：HDMI Rx 模擬線(xiàn)路 部分
–設計時(shí)注意將重要電源與其他的
1.8V電源用磁珠隔離開(kāi)來(lái)。
–電源需配置旁路電容（ADV7842是用10 nf和100nf），電容離電源管腳越近越好。
–在接近電流源的地方置放一個(gè)大的去耦電容（例如 10uF）。
•數字線(xiàn)路電源：HDMI Rx 數字線(xiàn)路部分
–設計時(shí)注意將重要電源與其他的
3.3V電源用磁珠隔離開(kāi)來(lái)。
–電源需配置旁路電容（ADV7842是用10 nf和100nf），電容離電源管腳越近越好。
•在設計電源PCB布板的時(shí)候請特別考慮以下幾點(diǎn)：
–建議采用獨一的接地層（single ground plane）。
–在阻抗匹配允許的情況下盡量考慮用頂層或底層作電源和接地層。
–在阻抗匹配允許的情況下考慮用盡可能薄的電介質(zhì)層將電源層和接地層隔開(kāi)。
–在PCB電源層中：應該盡量避免在其它層上以單線(xiàn)連接電源層。如果不可以避免，應該增加適當的旁路電容（bypass capacitors）。為大電流的供電電源走線(xiàn)時(shí), 需考慮其上的電壓降。如果某一電源不可以用電源層相連，則用盡可能粗的走線(xiàn)連接，以盡量降低走線(xiàn)阻抗。電源層上未利用的區域， 盡量用地層填充。不同層的電源（比如在模擬電源上方的數字電源層）的耦合應盡量避免。電流的返回路徑應確保是低阻抗。
•采用旁路電容時(shí)的注意事項：
–旁路電容應置放在離管腳盡可能近的地方。
–連接管腳的線(xiàn)應盡可能短而寬。
–連接地的線(xiàn)也應盡可能短而寬。
–每個(gè)pad在可能的條件下用多于一個(gè)的via但via之間的間隔應至少 和 via的深度一樣。

HDMI測試
HDMI測試中需注意的問(wèn)題有不少，根據HDMI CT (Compliance Test) spec的要求，所有的HDMI接收設備都需要提供EDID信息。以往，多數客戶(hù)會(huì )選擇在DDC總線(xiàn)上外掛EEPROM以存儲EDID信息。為了進(jìn)一步降低用戶(hù)的BOM（bill of material）成本， ADV7842集成了內部RAM用于存儲EDID信息，上電后，用戶(hù)將EDID信息寫(xiě)入即可。 利用ADV7842提供的SPI Master接口，用戶(hù)還可以外掛一顆SPI EEPROM， 這樣用戶(hù)可以將EDID信息永久燒入SPI EEPROM。 ADV7842可以將SPI EEPROM內的信息讀入內部的RAM。 如此，可以減輕軟件的負擔。 當然，這些功能都有相應的寄存器提供使能控制， 用戶(hù)可以關(guān)閉這些功能， 而使用傳統的外掛方式，以兼容過(guò)去的設計。
有了硬件的支持， 當然EDID的內容也要符合HDMI CT Spec的要求。 根據ADI多年來(lái)為客戶(hù)提供免費HDMI預測試的經(jīng)驗，在HDMI預測試過(guò)程中經(jīng)常會(huì )失敗在一些與EDID測試相關(guān)的項目。其實(shí)這些項目如果熟悉規范的相關(guān)要求，通過(guò)相對來(lái)說(shuō)是比較容易的。例如有關(guān)規范要求在EDID的前128個(gè)字節中一定要提供“Monitor Range Limit Header”和“Monitor Name Header”，但如果這兩個(gè)項目的內容各不夠18個(gè)字節的話(huà)，需要以0x0A為結尾同時(shí)以0x20填充剩余的字節。另外一個(gè)經(jīng)常在EDID測試中遇到的問(wèn)題是，客戶(hù)不能將EDID中的SVD（Short Video Descriptor）模塊與提交的CDF（Capabilities Declaration Form）一致，在CDF中表明支持的格式在EDID的SVD模塊中沒(méi)有表明支持，或者是相反。
表 1 ADV7842 3D視頻格式測試一覽表

HDMI兼容測試
HDMI兼容測試 (Compliance Test)對所支持的視頻格式的測試要求值得注意，ADV7842進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的魯棒性， 提供了對更多視頻格式的支持， 例如支持在新的HDMI Spec中加入的3D視頻信號格式。 在這里還需要提到一個(gè)HDMI CT測試問(wèn)題， 以供各位參考。在對視頻格式支持的測試中，對所有用戶(hù)聲明的能夠支持的視頻格式都會(huì )進(jìn)行測試，而且會(huì )測試支持50Hz的設備對于50Hz±0.5%（即49.75Hz和50.25Hz），和支持59.94Hz或者60Hz的設備對59.94%~0.5%（即59.64Hz）和60＋0.5%（即60.3Hz）場(chǎng)頻變化的支持能力。場(chǎng)頻的此變化范圍， ADV7842完全可以支持，但是用戶(hù)在軟件設計中需要注意到這些對視頻格式容忍度的要求。
在HDMI1.4的標準中雖對3D timing有明確的定義，但為了保證產(chǎn)品在市場(chǎng)上的兼容性在設計時(shí)對HDMI產(chǎn)品的視頻格式作全面的測試是十分重要的。上一段提到了對3D timing的支持。ADV7842對3D timing做了很完整的測試。在表1中標識出了所有ADV7842已經(jīng)測試過(guò)的常用的和必須支持的3D timing。其中黃色重點(diǎn)標識的為必須要支持的3D timing。
以上概括性地討論了HDMI I/O設計和測試中常見(jiàn)到的和需要注意的問(wèn)題以及解決的方法。視頻信號越快，上面討論的問(wèn)題就越突出。所以在選擇HDMI I/O芯片特別是接收器（HDMI Rx）時(shí)要選擇經(jīng)過(guò)HDMI CT嚴格測試過(guò)的產(chǎn)品以避免發(fā)生兼容性問(wèn)題。