HDMI硬件接口設計

一、HDMI接口概念

 高清多媒體接口(High Definition Multimedia Interface,HDMI)是一種全數字化視頻和聲音發送接口,可以發送未壓縮的音頻及視頻信號。

 HDMI可用於機頂盒、DVD播放機、個人計算機、電視、遊戲主機、綜合擴大機、數字音響與電視機等設備。HDMI可以同時發送音頻和視頻信號,由於音頻和視頻信號採用同一條線材,大大簡化系統線路的安裝難度。

其最主要的傳輸方式爲傳輸TMDS+以及TMDS-的差分信號,最初版本HDMI定製的最大像素傳輸速率爲165Mpx/sec,足以支持1080p-60FPS的畫質要求,而在後來的HDMI1.3標準中擴增爲340Mpx/sec。

二、HDMI物理接口:

1. HDMI接口類型

  • A類接口W=15mm H=5mm
  • C類接口W=10.5mm H=2.5mm
  • D類接口W=6mm H=2.3mm

 2. HDMI type A引腳排布

 應用於HDMI1.0版本,總共有19pin,規格爲4.45mm×13.9mm,爲最常見的HDMI接頭規格,相點對點於DVI Single-Link傳輸。在HDMI 1.2a之前,最大能傳輸165MHz的TMDS,所以最大傳輸規格只能在於1600×1200(TMDS 162.0MHz)

具體引腳規劃表如下所示:

Pin 1 TMDS Data2+
Pin 2 TMDS Data2 Shield
Pin 3 TMDS Data2−
Pin 4 TMDS Data1+
Pin 5 TMDS Data1 Shield
Pin 6 TMDS Data1−
Pin 7 TMDS Data0+
Pin 8 TMDS Data0 Shield
Pin 9 TMDS Data0−
Pin 10 TMDS Clock+
Pin 11 TMDS Clock Shield
Pin 12 TMDS Clock−
Pin 13 CEC
Pin 14
Pin 15 SCL (I²C serial clock for DDC)
Pin 16 SDA (I²C serial data for DDC)
Pin 17 Ground (for DDC, CEC, ARC, and HEC)
Pin 18 +5 V (min. 0.055 A)[3]
Pin 19
  • Hot Plug Detect (all versions)
  • HEAC− (HDMI 1.4+, optional, HDMI Ethernet Channel and Audio Return Channel)

Shield相關的引腳是需要連接到HDMI的外部防護屏蔽殼上的,可以根據佈線的情況看出來是用來隔絕和屏蔽不同差分線組之間的串擾作用,

3. Micro HDMI規格書

 

                         圖1. 俯視圖-尺寸大小                                                     圖2. PCB Layerout焊盤設計

三、Micro HDMI接口PCB設計

1. 基本PCB Layerout設計規則:

  • 特性阻抗爲100歐姆,ESD器件靠近HDMI放置,共模電感靠近ESD器件;
  • 匹配電阻並排放置,匹配電阻起防ESD作用和微調阻抗用途,通常靠近插座放置;
  • 差分對組內控制在5mil以內,組間控制在25mil以內,組與組之間間距至少20mil以上;
  • 使用立體包地處理(組與組之間包地&組內差分線包地),需要有完整的參考平面;
  • 信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便爲信號提供最近的迴路;
  • 鄰近GND層走線,空間足夠的情況下進行包地處理,包地線離差分線間距滿足差分線寬的3倍(中心到中心),鋪銅離差分線20mil;
  • 差分阻抗控制爲100歐姆(+/-10%),單端走線控制50歐姆;
  • 儘可能使用尺寸最小的信號線過孔和HDMI連接器焊盤,因爲其對 100 差動阻抗產生的影響較小(推薦使用過孔8mil/16mil);
  • 儘可能使HDMI連接器和器件之間的電氣長度保持最短,從而使衰減最小化;

  等長線所有須要注意的情況(需要在等長問題出現的位置附近來處理等長)

  important!

2. 實際Layerout參考如下(僅供參考):

a. ARM端Micro HDMI接口的佈局佈線方式(線寬5mil,線中心間距15mil)

 

注:由於ARM端使用了HDMI驅動芯片TPD12S016PW,其內部集成了靜電防護電路ESD,因此無需再接入ESD防護電路。

 b. FPGA端Micro HDMI接口的佈局佈線方式:

Reference

1. 高速HDMI接口PCB板佈線layout指南:https://blog.csdn.net/weixin_42229404/article/details/80662282

2. HDMI接口的PCB設計詳細規範:https://www.bilibili.com/read/cv6362917

3. Micro-HDMI相關資源下載地址:https://download.csdn.net/download/u014497625/13099089

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