硬件电路设计之HDMI电路设计

1 简介

高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMIDE 应用十分广泛，常见于个人计算机、显示器、电视等。其最主要的传输方式为传输TMDS+以及TMDS-的差分信号，最初版本HDMI定制的最大像素传输速率为165Mpx/sec，足以支持1080p-60FPS的画质要求，而在后来的HDMI1.3标准中扩增为340Mpx/sec。

2 HDMI的PIN脚说明

HDMI有19个引脚，其位置见下：

每个引脚都有其特定的功能

PIN脚	Signal	PIN脚	Signal	PIN脚	Signal
1	数据2+	2	数据2屏蔽	3	数据2-
4	数据1+	5	数据1屏蔽	6	数据1-
7	数据0+	8	数据0屏蔽	9	数据0-
10	时钟+	11	时钟屏蔽	12	时钟-
13	CEC	14	保留	15	SCL
16	SDA	17	DDC/CEC地	18	+5V电源
19	HPD

3 HDMI的识别过程

HDMI可分为发送设备和接收设备，具体的识别过程见下：

• HDMI发送设备给HDMI接收设备提供5V的电源，其电流应小于50mA;
• HDMI检测到5V电源后，HDMI接收设备给HDMI发送设备提供HPD信号，其电压为5V；
• HDMI发送设备接收到HPD信号，通过IIC从HDMI接收设备获取EDID信号(EDID具体内容后面章节会分享)；
• 根据接收到的EDID信号，输出相应的视频信息。

4 EDID信息

EDID包含了128个字节，每个字节包含的信息见下：

5 HDMI电路设计

• HDMI发送电路
• 连接器&防护器件

差分信号以及低速信号均需要进行静电防护，值得注意的高速信号的TVS需要注意结电容这个参数（工作电压为3.3V，结电容≤0.2pF）。

ESD73034D-10/TR的结电容典型值为0.2pF

• 信号匹配电路

这部分电路用于休眠，工作时HDMI0_TX_ON_H为高。

• AC耦合电容

这个位置使用220nF，在设计过程中我通常使用0.1uF电容，PCB走线阻抗控制在100Ω。

• HDMI接收电路

需要的注意的是需要确定发送端是否添加了AC电容。

6 TMDS信号

TMDS的工作原理如下图所示，其源端由一个10mA的恒流源驱动一对差分信号，接收端需要将差分信号分别通过RT(50Ω)上拉到3.3V,由于接收端为高阻抗输入，所以几乎所有的驱动电流（10mA）通过3.3V—>RT—>发送端。即在电阻RT上产生500mV（10mA×50Ω=500mV）的电压，由下边电路可知，一条线开关导通，相对于地的电压为2.8V（3.3V-500mV=2.8V）,另一条电路处于断开状态，即对地电压为3.3V。当源端驱动状态反转变化时，流经匹配电阻的电流方向改变，于是在接收端产生高低逻辑状态的变化。即TMDS在接收端产生差分摆幅为-500mV—+500mV，而产生的直流偏置为2.8V。

7 PCB Layout注意事项

• 信号阻抗 ：差分传输线的特性阻抗为100Ω，防止信号的反射等问题。
• 器件放置 ：ESD器件靠近HDMI放置，共模电感靠近ESD器件，匹配电阻并排放置，匹配电阻起防ESD作用和微调阻抗用途，通常靠近插座放置。
• 信号线宽 ：差分对组内控制在5mil以内，组与组之间间距至少20mil以上；使用立体包地处理(组与组之间包地 & 组内差分线包地)，需要有完整的参考平面；
• 信号回路 ：信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路，邻近GND层走线，空间足够的情况下进行包地处理，包地线离差分线间距满足差分线宽的3倍（中心到中心），铺铜离差分线20mil。
• 信号走线 ：差分阻抗控制为100欧姆（+/-10%），单端走线控制50欧姆；尽可能使用尺寸最小的信号线过孔和HDMI连接器焊盘，因为其对 100 差动阻抗产生的影响较小(推荐使用过孔8mil/16mil)；尽可能使HDMI连接器和器件之间的电气长度保持最短，从而使衰减最小化。