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HDMI电路设计
1、HDMI简介
HDMI全称“High Definition Multimedia Interface高清多媒体接口”。2002年4月，来自电子电器行业的7家公司—日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝共同组建了HDMI高清多媒体接口组织-HDMI Founders（HDMI论坛），开始着手制定一种符合高清时代标准的全新数字化视频/音频接口技术。经过半年多时间的准备工作，HDMI founders在2002年12月9日正式发布了HDMI 1.0版标准，标志着HDMI技术正式进入历史舞台。
HDMI是新一代的多媒体接口标准。它能够同时传输视频和音频，简化了设备的接口和连线；同时提供了更高的数据传输带宽，可以传输无压缩的数字音频及高分辨率视频信号。HDMI 1.0版本于2002年发布，最高数据传输速度为5Gbps；而2017年发布的 HDMI 2.1标准的理论带宽可达48Gbps。
HDMI向下兼容DVI，但是DVI（数字视频接口）只能用来传输视频，而不能同时传输音频，这是两者最主要的差别。此外，DVI接口的尺寸明显大于 HDMI 接口，如下图所示：
DVI接口（左）和HDMI接口（右）实物图
随着技术的迭代，HDMI发展至今也推出了若干版本，性能更加出色，兼容性不断提高。HDMI正在成为高清时代普及率最高、用途最广泛的数字接口。在现在任何一台平板电视上，HDMI接口都成了标准化的配置。
HDMI Type A在板卡上的座子示意图接口如下图所示。
HDMI A Type：应用于HDMI1.0版本，总共有19pin，规格为4.45mm×13.9mm，为最常见的HDMI接头规格。
2、HDMI的分类
HDMI一共分为A Type、B Type、C Type、D Type 四类。
根据HDMI接口形状分为三种：HDMI A TYPE：标准HDMI接口；HDMI C TYPE：Mini HDMI接口；HDMI D TYPE：Micro HDMI接口；
(B Type、C Type、D Type的详细资料参考HDMI设计经验总结)
标准的Type A HDMI接头有19个脚位,另有一种支持更高分辨率的Type B接头被定义出来,但目前仍无任何厂商使用Type B接头。
我们只需要掌握HDMI A Type
3、HDMI的优势及各版本功能的对比
3.1、优势
1、高清晰度多媒体接口是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影音信号，最高数据传输速度为5Gbps。
2、更好的抗干扰性能，能实现最长20米的无增益传输。（DVI 8米）
3、针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化，兼容性好。
4、支持EDID和DDC2B标准，设备之间可以智能选择最佳匹配的连接方式。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。
5、拥有强大的版权保护机制（HDCP），有效防止盗版现象。
6、支持24bit色深处理（RGB、YCbCr4-4-4、YCbCr4-2-2）。
7、完全兼容DVI接口标准。
8、支持热插拔技术。
9、一根线缆实现数字音频、视频信号同步传输，有效降低使用成本和繁杂程度。（一条HDMI缆线，就可以取代最多13条模拟传输线，能有效解决家庭娱乐系统背后连线杂乱纠结的问题。）
10、不仅可以满足1080P的分辨率，还能支持DVD Audio等数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送。
现在，HDMI正在成为高清时代普及率最高效率最高的数字接口。在任何一台PC和平板电视上，HDMI接口都成了标准化的配置。
3.2、各版本功能对比
以下是HDMI的接口参数及个版本功能的对比，如图所示：
4、HDMI的驱动原理
4.1、HDMI的2种驱动方法
一般来说驱动HDMI有两种方法，有些开发板是用一颗专用的HDMI芯片比如：ADV7511做HDMI的输出使用，ADV7511是一款HDMI的发送器。能够处理的数据速率高达165MHz(1080p @60H, UXGA @60Hz)，输出数据速率高达225MHz。
| 集成电路 | Vendor | function |
| ADV7511 | ADI | HDMI的发送器（输出） |
| ADV7619 | ADI | HDMI的接收器 |
| SIL9136 | Lattice 莱迪思半导体公司 | HDMI的发送器（输出） |
| SIL9134 | Silicon Image (矽映电子科技) | HDMI的发送器（输出） |
| SIL9013 | Silicon Image (矽映电子科技) | HDMI的接收器 |
| SIL9022 | Silicon Image (矽映电子科技) | HDMI的发送器（输出） |
//2015年，Lattice收购了Silicon Image。//
// Silicon Image公司：(矽映电子科技)是一个上市的美国的大型半导体设计公司。该公司的产品包括通讯设备用于在高速-DVI接口可与个人电脑显示器，HDMI接口机顶盒，DVD播放机，AV接收器，显示器，个人电脑和移动设备；以及SATA和芯片组内部外部硬盘驱动器 。//
第二种驱动HDMI的方法:板卡上的HDMI端口直接连接在fpga的IO口的引脚上，用IO口模拟HDMI接口。
4.2、HDMI的显示原理-TMDS的原理
HDMI的显示原理主要是TMDS。
TMDS（Transition Minimized Differential signal），最小化传输差分信号。
HDMI的组成：
主要组成：4对TMDS差分对+DDC（I²C）+HPD+CEC
信号介绍：
A、4对TMDS差分信号：1对时钟+3对数据；
TMDS通道0传输B信号，同时H信号和V信号也嵌入该通道
TMDS通道1传输G信号
TMDS通道2传输R信号，R和G通道的多余位置用来传输音频信号
B、CEC：消费电子控制通道，通过这条通道可以控制设备。
C、DDC：（显示数据通道 Display Data Channel）是I²C信号，主要是获取显示器的基本信息(比如EDID信息)。
D、HPD：热插拔信号，该信号比较重要，当HPD引脚大于2V，TMDS才会输出。因此，如果屏幕没有显示，首先要测量该信号！！！
5、管脚定义
常见的A型HDMI接口，引脚定义如下：
总结：
电源和地：5V GND 2根线
数据差分3对【0：2】和时钟差分一对 8根线
数据屏蔽线【0：2】、时钟屏蔽线 4根线
SDA、SCL 2根线
保留NC 1根线
热插拔检测 1根线
CEC 1根线
6、管脚详细描述：
7、设计思路（★）
8、硬件电路设计注意点及心得（★）
9、原理图实战（★）
9.1、ZYNQ硬件实战
9.2、全志H3硬件实战
9.3、xilinx A-7硬件实战
10、PCB的设计要求：
1、HDMI网络的PCB Layout长度要求小于5inch，尽量控制在3inch以内。如果无法避免换层的阻抗连续性，建议将换层的阻抗变化控制在10%以内，在每对换层的差分对旁边就近安排一个GND过孔用于信号回流换层；
2、为抑制电磁辐射，高速差分信号建议于PCB内层走线，并保证走线参考面是一个连续完整的参考面，不被分割，否则会造成差分线阻抗的不连续性并增加外部噪声对差分线的影响。如在PCB表层走线，请注意用地线做包地处理；
3、HDMI作为高速信号走线中应该尽可能的减少换层过孔，过孔会造成线路阻抗的不连续；
4、ESD器件需靠近HDMI插座放置，如下图所示。
5、单线50欧姆，差分100欧姆。
6、四对差分走线对内误差＜5mil，对间误差＜10mil，对对间距＞15mil，以便减小串扰。
