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基于HDMI开关PS321的应用设计
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随着消费类电子功能需求的增加,HDMI作为新一代的数字音视频接口越来越多的应用到消费类电子产品上。带HDMI功能的电子产品大量问世,HDMI的接口数量也随之增加。数字电视作为音视频表现的一种载体,其HDMI接口的应用主要作为数字音视频数据的接收端。为了能使数字电视连接更多的HDMI设备,许多集成电路设计公司都适时推出了三选一或四选一的HDMI开关,用于满足HDMI接收端多接口的需求。本文主要介绍基于Parade公司的一款三选一HDMI开关PS321的应用设计。
硬件设计
1 芯片选型
PS321作为一款三选一的HDMI开关,与其他厂商相类似的产品相比较具有较多优势。将PS321与另一款通用的三选一HDMI开关进行比对,结果如表1所示。
从以上比对中可以看出PS321具有以下优势。
● 在数据传输率、HDMI线传输距离、节能以及ESD(防静电)方面具有优势;
● 支持I2C控制,方便设计者使用;
● 内置EDID缓存,无须在HDMI接口上外加用来存储EDID数据的E2PROM,从而降低电路成本;
● 内置均衡器,可调节增益,用来弥补HDMI信号在线路上的传输损失。
2 电路设计
①DDC接口电路设计
DDC(显示数据通道)主要用于HDMI源端设备(Source)与接收端设备(Sink)之间进行EDID数据及HDCP密钥的交流。通过EDID交流,源端设备可以了解到接收端设备音视频的接收能力;通过HDCP Key的交流,可以实时的进行数据流的内容保护认证,从而达到数据内容保护的目的。DDC的电路方式与I2C电路相同,因此在DDC电路设计中,设计者要考虑到DDC线路的电平。按照HDMI 1.3a规范,HDMI源端DDC的上拉电阻最小为1.5kΩ,考虑到HDMI认证中DDC电平的要求(在 4.5~5.5V之间),将DDC信号均通过10kΩ的电阻上拉到HDMI接口的第18引脚(HDMI源端5V电源),如图1所示。经计算,源端与接收端的DDC总上拉电阻的最小值为R总上拉min =1.5kΩ‖10kΩ=1.3kΩ。经测试,接收端DDC的电平约为4.68V,因此满足HDMI认证要求;而DDC总上拉电阻的最小值 1.3kΩ也满足I2C的规范。
硬件设计
1 芯片选型
PS321作为一款三选一的HDMI开关,与其他厂商相类似的产品相比较具有较多优势。将PS321与另一款通用的三选一HDMI开关进行比对,结果如表1所示。
从以上比对中可以看出PS321具有以下优势。
● 在数据传输率、HDMI线传输距离、节能以及ESD(防静电)方面具有优势;
● 支持I2C控制,方便设计者使用;
● 内置EDID缓存,无须在HDMI接口上外加用来存储EDID数据的E2PROM,从而降低电路成本;
● 内置均衡器,可调节增益,用来弥补HDMI信号在线路上的传输损失。
2 电路设计
①DDC接口电路设计
DDC(显示数据通道)主要用于HDMI源端设备(Source)与接收端设备(Sink)之间进行EDID数据及HDCP密钥的交流。通过EDID交流,源端设备可以了解到接收端设备音视频的接收能力;通过HDCP Key的交流,可以实时的进行数据流的内容保护认证,从而达到数据内容保护的目的。DDC的电路方式与I2C电路相同,因此在DDC电路设计中,设计者要考虑到DDC线路的电平。按照HDMI 1.3a规范,HDMI源端DDC的上拉电阻最小为1.5kΩ,考虑到HDMI认证中DDC电平的要求(在 4.5~5.5V之间),将DDC信号均通过10kΩ的电阻上拉到HDMI接口的第18引脚(HDMI源端5V电源),如图1所示。经计算,源端与接收端的DDC总上拉电阻的最小值为R总上拉min =1.5kΩ‖10kΩ=1.3kΩ。经测试,接收端DDC的电平约为4.68V,因此满足HDMI认证要求;而DDC总上拉电阻的最小值 1.3kΩ也满足I2C的规范。
图1 DDC接口电路图 由于PS321的DDC内部有弱上拉,当HDMI接口未接HDMI源设备时,DDC内部的上拉电平会通过10kΩ的电阻传递到HDMI接口的第18引脚,导致HDMI接口的第18引脚电平大于1.5V,不满足HDMI认证要求。因此需要将HDMI接口的该引脚接一个3.6kΩ的电阻到地。经测试,当HDMI接口未接HDMI源设备时,HDMI接口的第18引脚电平约为0.5V,满足HDMI认证要求。 ②均衡器设计 均衡器设计主要是针对弱信号做必要的信号整形,以保证HDMI数据传输的完整性。在I2C工作方式下,可通过寄存器来设置均衡器的增益大小。3个HDMI输入端口的均衡器增益大小可以分开调节,如表2所示。设计者可以通过3个HDMI输入端口信号的损失情况来决定采用哪一挡。 进行如下测试:准备两根HDMI线,一根长5m,一根长10m,在均衡器增益均为默认值下同样传输2.25Gb/s数据率的信号,得到如图2所示的数据眼图。经比对,10m长的传输眼图的面积比5m的小,但还不影响传输信号的完整性。设计者在使用均衡器设计时,需要判断信号的强弱以决定采用哪一挡的增益。目前在电视设计中经常遇到需要一个侧置的HDMI接口,而HDMI开关通常在主板上,离侧置的HDMI接口有一段距离。当然此距离一般不会超过1m,采用标准的HDMI线不会影响到信号质量,但是如果采用普通的连接线就可能造成信号失真。此时需要通过适当提高均衡器的增益大小,以保证信号传输的完整性。如图3所示。左侧为PS321输入端采集的普通连接线的传输信号,可以看到眼图面积变小,信号的损失很大;右侧为经过PS321提高均衡器的增益后采集的传输信号,可以看到信号经整形后恢复完整性。
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