HDMI/DVI基本原理
近年來視頻傳輸領(lǐng)域幾乎經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字根本轉(zhuǎn)變，VGA和分量視頻—模擬視頻連接方式—正在被HDMI™和DVI™取代。這兩種數(shù)字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，并同時處理一組高頻和低頻信號。DVI規(guī)范于1999年定稿，撰寫這篇文章時，HDMI規(guī)范1.3版正在制定中。這兩種標準均采用TMDS® (最小跳變差分信號)傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。TMDS信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設(shè)計為"即插即用"，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起時尋找以最佳性能協(xié)同工作的方法。多數(shù)新型TMDS HDTV芯片包含兩組完整TMDS (高頻)輸入，但無法處理LoF (低頻)信號。
要實現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機)和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機)必須連接起來。HDMI和DVI借用VESA (視頻電子標準協(xié)會)的開放標準，采用DDC (數(shù)字顯示通道)、一個稱為HPD的新信號(熱插拔檢測)、以及一路可以由源端向接收端提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID (擴展顯示標識數(shù)據(jù)) EPROM。該EPROM器件包含接收設(shè)備的品牌、類型號、以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協(xié)同工作。圖1所示為通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端EDID EPROM的示意圖。
圖1. 原理圖給出了HDMI/DVI連接器連接源端和接收端的EDID EPROM。
圖1中給出了作為四個差分對連接的TMDS信號，+5V，HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID。EDID電源由接收端內(nèi)部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I²C兼容的DDC線路進行通信。1980年推出的I²C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護。
為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設(shè)計人員必須處理兩路不同的信號：TMDS高頻信號和前面提到的低頻信號。一些新型HDMI處理器已包含兩套可處理高頻TMDS信號的輸入端，但是無法處理帶有高壓的低頻信號。Maxim推出的MAX4929E可在處理上述低頻信號時提供最大的靈活性。
在低頻視頻信號源之間切換
使用MAX4929E，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM (人體模型)保護。這種高級別的ESD保護通常可以省去各引腳的額外保護措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，器件選擇其中一路輸入。這種源切換可實現(xiàn)多種功能：為信號提供ESD保護、同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以保護EDID EPROM端不出現(xiàn)高于其電源的電壓。MAX4929E消耗極少的電流，源端設(shè)備提供的+5V即可滿足其電源需求。
MAX4929E沒有特殊的上電順序要求，因此設(shè)計人員不必擔心某個源設(shè)備開啟而其它源設(shè)備關(guān)斷時會出現(xiàn)何種問題。由于以下原因，源設(shè)備之間的切換功能非常有必要：切換功能可將接收端置于哪個可連接設(shè)備的控制之下；還可防止第二條電纜加載I²C總線。后一項優(yōu)點解決了兩路源設(shè)備同時連接至一個負載時遇到的兩個問題：
- 可能出現(xiàn)的主機沖突
- 額外的容性負載(每條電纜的分布電容為200pf/m)
如果將第二條2m長的電纜連接到主電纜上，將會超過700pf最大分布電容的規(guī)范要求。通過使用開關(guān)，I²C驅(qū)動器在同一時刻只“看到”一個負載。在這種方式中，即便是兩條3m的電纜也不違反700pf的規(guī)范要求。
在多數(shù)系統(tǒng)中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，并且在EDID握手之后，返回一個TTL兼容的HPD信號。MAX4929E的下列功能(圖2)可解決三個問題：
- HPD輸出端的ESD保護
- 允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接
- 提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號的邏輯電平轉(zhuǎn)換功能
圖2. 原理圖給出了MAX4929E的典型電路連接方式。該器件提供實現(xiàn)完整的2:1 HDMI或DVI開關(guān)所要求的切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。
前面已經(jīng)討論過ESD保護。如果HPR信號為邏輯高電平(標稱值+5V)，則該邏輯高電平會出現(xiàn)在連接至MCU的引腳上，并且保證該引腳的邏輯電平兼容于MCU電平，因為MAX4929E的基準引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入上出現(xiàn)了+5V信號，則MCU上就能得到邏輯電平兼容的信號。接收到該信號后，MCU接著發(fā)出HPD信號。MAX4929E將HPD信號"導(dǎo)引"到適當?shù)腍DMI器件，并且在所接器件上產(chǎn)生完全兼容TTL的信號。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產(chǎn)生同相的邏輯0或1 (TTL兼容電平)。使用其輸入，可確保該信號是邏輯電平兼容的，因為其基準連接至MCU的同一電源。
除了與包含兩路高頻輸入的TMDS器件協(xié)同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關(guān)組成芯片組，用于將兩組TMDS輸入和集成到單個裝置中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設(shè)備提供第二組輸入。
結(jié)論
MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關(guān)中所有低頻信號的切換。為所有外部引線提供高等級的ESD保護。MAX4929E與EDID EPROM配合使用，其輸入端可接受+5V信號電平并將輸出鉗位至+3.3V電平，以便匹配EDID。另外，MAX4929E隔離了一條電纜的電容，所以DDC輸出每次僅帶有一組DDC連接。MAX4929E具有第3路輸入電壓，可連接至系統(tǒng)MCU的同一個電源上。這一特性可確保SEL、HPR和HPD信號兼容MCU的邏輯電平。MAX4929E可處理實現(xiàn)2:1 HDMI或DVI開關(guān)所需的全部切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能。MAX4929E還可增強MAX4886，以實現(xiàn)完整的單路輸入設(shè)備切換功能。
