HDMI信号隔离有哪些方案？

Q A & 问：HDMI信号隔离有哪些方案？

传统上，要求在高速接口上增加信号隔离是一项非常重要的任务。一般超过250 Mbps的数据速率超出了光耦和大多数数字隔离器的能力。

对于一个视频链路，在60Hz下传输24位颜色，分辨率为1920×1080（1080p）。如果要对这个视频链路进行信号隔离，我们需要4.4 Gbps总带宽的隔离器，才能保证视频的流畅传输。

1光纤信号隔离解决方案

铜介质到光纤的转换需要一个串行器、一个反串行器和电-光转换器。同时要求光纤具有足够的带宽。这种方案速度快，传输距离长，可以长距离传输4K视频，但是相对的成本也非常高。

图 1 HDMI信号到光纤 (图片来源于ADI)

2专用信号隔离芯片

当然使用标准数字隔离器也可以实现。我们以每个标准数字隔离器150 Mbps的速度运行。该方案还需要一个串行器、一个解串器，如果要实现4.4 Gbps的总带宽，相当于需要30多个标准数字隔离器。显然，这种方案不太合理，我们就不继续讨论下去了。

图 2 HDMI信号到数字隔离器 (图片来源于ADI)

专用的芯片可以解决这个问题

比如，使用ADI ADN4654系列低电压差分信号(LVDS)数字隔离器

图 3 HDMI信号到千兆LVDS隔离器 (图片来源于ADI)

通过利用ADN4654的千兆数据速率，可以降低系统的复杂性，并且仅使用两片ADN4654即可实现4.4 Gbps带宽。每个设备有两个通道，总共有四个通道，每个通道上的工作速率可以高达1.1 Gbps。

ADN4654 Demo 板

EVAL-CN0422-EBZ是一块即插即用，针对HDMI1.3a端口，可实现信号隔离。iCoupler隔离技术结合在一起，通过绝缘屏障传输必要的电源和高速视频及控制信号。

图 4 ADN4654 Demo板 EVAL-CN0422-EBZ  (图片来源于ADI)

HDMI 1.3a协议中的视频数据通过四个TMDS(最小化传输差分)通道传输：三个数据通道（对应红绿蓝）和一个时钟通道。每个车道必须单独隔离。

图 5 HDMI视频数据四个TMDS通道传输

如图6，虽然TMDS与LVDS (低电压差分)稍有不同，但可以使用CML（电流模式逻辑），即一些简单的无源组件来实现与LVDS兼容设备的兼容性。

图 6 使用简单的无源组件来实现TMDS与LVDS兼容 (图片来源于ADI)

这些无源组件与两个双通道千兆ADN4654隔离LVDS收发器结合使用，以隔离四个TMDS通道。可实现高达110 MHz的像素时钟频率，以60 Hz的帧速率支持720 p分辨率。

总结

使用信号隔离的方法，可以延长HDMI的传输距离。特别是利用专用信号隔离芯片，可以有效地将HDMI源端和HDMI接收端之间能够安全、无噪连接，提供了隔离高带宽接口的新选项。