HDMI詳解
摘要
本文詳細介紹了HDMI介面的定義、不同型別的介面、HDMI腳位功能、版本間的區別，重點探討了電路設計，包括電源、HPD檢測、I2C通訊、資料時鐘、ARC/eARC音訊回傳以及CEC消費電子控制等內容，為HDMI產品設計者提供了實用指南。
HDMI的定義
HDMI是高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface)的簡稱。HDMI是一種全數字化影片和聲音傳送或接收介面，可以傳送未壓縮的音訊及影片訊號。主要用於機頂盒、電視、電腦和一些音響等產品。
HDMI介面型別
HDMI介面有三種，分別是HDMI標準介面、HDMI迷你介面、HDMI微型介面。
1、HDMI標準介面，又稱為A型介面。其介面寬度為13.9mm，厚度為4.45mm，主要用於機頂盒、電視、電腦和一些音響等產品；
2、HDMI迷你介面，又稱為C型介面。其介面寬度為10.42mm，厚度為2.4mm，主要用於MP4、平板電腦、相機等裝置；
3、HDMI微型介面，又稱為D型介面。其介面寬度為6.4mm，厚度為2.8mm，，主要用於智慧手機、平板電腦等裝置
當然還有29pin的B型介面，以及汽車用的E型介面，由於他們在我們生活中或者設計應用是用的不多，所以這裡不作介紹。
下面我們也只針對HDMI標準介面做講解
HDMI腳位功能定義
HDMI不同版本區別
HDMI電路設計和詳解
我們對知識點要了解透，也就是如果某一天當你在設計HDMI相關的產品時，你需要對這個HDMI瞭解，然後在實際電路設計的時候，可以開啟我的文章看看講解，當然，如果你還是有一些疑問，你也可以私信我。好了，我們繼續往下看。
上圖是HDMI的TX電路，RX電路會有些區別，後面我們會把電路也分享出來，有需要的朋友可以找我要。
電源電路設計
電源部分，HDMI是採用5V電源設計，+5V電源由傳送器(SOURCE)TX輸出給接收器(SINK)RX。
傳送器(SOURCE)TX設計：TX端電流不低於55mA，這個+5V電源前段可以是DC/DC提供，但是要求有0.5A的限流功能，電壓範圍4.8V-5.3V；
接收器(SINK)RX設計：RX端電流消耗不超過50mA，上電完成後不超過10mA，電壓範圍4.7V-5.3V。
我們這裡搭配的配電開關是帝奧微的DIO7003。
HPD檢測電路設計
HPD（HotPlug Detect）熱插拔檢測。
Sink（RX）裝置的HPD訊號定義高電平為2.4V-5.3V，低電平為0-0.4V，輸出電阻為1kohm±20%；
Source（TX）定義HPD電壓檢測到介於2.0V-5.3V時為高電平,0-0.8V為低電平。
我們先看看檢測機制：
一般Sink裝置的HPD有1Kohm到5V的上拉電阻，因此Source裝置的HPD需要有一個下拉電阻Rpd以判別懸空和高電平狀態。
Rpd=Vhpd/(Vtp1-Vhpd)。以TP1測到19腳電壓等於5V為例，下拉不小於667ohm。
HPD工作過程1
Source裝置上電後會檢測HPD是否被上拉到2V以上；
Source裝置透過DDC讀取EDID的資訊以確定Sink能支援的解析度；
Source裝置檢測TMDS是否被上拉到3.3V，有部分裝置會檢測所有的TMDS訊號被上拉才輸出TMDS訊號，部分裝置必須要檢測到CLOCK上拉才輸出訊號，部分裝置只要檢測到某對TMDS被上拉即輸出該上拉的TMDS。
Source裝置輸出目前的解析度訊號到Sink端。
HPD工作過程2
HPD訊號不指示Sink是否上電正常、影片資料是否選中或有效，但是Source端傳送的TMDS/HEAC/DDC等訊號都依賴於HPD訊號是否有效。
任意時刻，Sink裝置在EDID不可訪問時，HPD都應處於低電平；EDID準備好且檢測到Source的5V電源訊號後置高電平。
如果Sink的EDID內容發生改變，或者需要切換HDMI通道需要Source重新讀取EDID，那麼HPD需要發出一個不短於100ms時間的低電平訊號，低電平再次變為高電平時，Source將重新讀取EDID。
用一個示意圖就可以說明了
需要提醒一下，我們HPD要有效，肯定是+5V電源的配電開關要使能。
I2C電路設計
HDMI的I2C採用的是5V電平標準，板端晶片的I2C電平一般採用的是3.3V或者1.8V，在使用的時候，注意增加電平轉換電路，下圖是採用兩顆高速NMOS搭建的電平轉換電路。
D2是為了防止電壓反灌。
資料和時鐘電路設計
磁珠和ESD
ESD管是做靜電防護，共模電感是為了提高訊號的質量。
匹配電阻和AC電容
四組差分訊號，AC電容為0.1uF,匹配電阻採用6.2Ω；
標準設計
MOS管和499ohm電阻是標準設計，有些設計也有把MOS管直接省掉的，直接用GPIO來控制。
ARC或者eARC電路設計
HDMI的Pin14和Pin19用作交流耦合eARC差分輸入/輸出。
ARC和eARC的一下區別：
ARC是指音訊回傳通道( Audio ReturnChannel)，如果電視與功放兩方均搭載HDMI1.4版本以上的埠，就可以從電視將聲音回傳給功放，讓環繞音響系統取代電視喇叭發聲。ARC功能的出現，可以減化線材的連線，只需要用一條HDMI線。在不支援ARC功能時，我們如果想把電視的音訊傳給音響，那還要多增加一條音訊線。
eARC全名是增強版音訊回傳通道（Enhanced AudioReturn Channel），和先前的ARC技術相比，eARC提升很多， 在音訊傳輸能力方面，eARC的最大碼流可以達到37Mbps左右( ARC僅有1~3Mbps)，eARC不僅能傳送無壓縮的5.1或7.1多聲道音訊(Dolby True HD和DTS HD-MA)，而且還能傳送Dolby Atmos和DTS:X音軌。而舊有的ARC只支援Dolby Digital、DTS、PCM 2.0...這類上一代的聲音格式。eARC的誕生，也促使Netflix在提供網路影片時增加Dolby Atmos音效的比例。
以下是eARC所支援的音訊格式詳情：
Dolby音訊格式：AC-4、DolbyDigital Plus、Dolby TrueHD、DolbyAtmos。
DTS音訊格式：DTS、DTS-HDMaster Audio、DTS:X。
無壓縮音訊格式：Dolby TrueHD和DTS-HD Master Audio。
CEC電路設計
CEC是消費電子控制通道（Consumer Electronics Control）。透過這條通道可以控制CEC網路上的裝置。使用者能夠使用一個遙控器控制多個支援CEC的智慧裝置，從而無需使用多個遙控器來控制裝置，例如：電視機(TV)、機頂盒產品和影音播放器等。CEC還可以控制音訊取樣率。一般來說一臺HDMI輸出裝置的CEC可以和多臺HDMI輸入裝置的CEC連線，不允許和另一臺HDMI輸出裝置連線。一臺裝置斷電不能影響其他裝置的CEC通訊。對連線線纜元件的要求：兩端聯結器之間的阻值不大於5ohm。
CEC3.1實現：一鍵播放；系統待機；一鍵錄製；時鐘設定；選單控制；遙控傳遞等功能。
CEC電氣特性在斷電狀態（如斷電）期間，漏電流不超過1.8uA。
HDMI接收RX電路設計
