HDMI接口技术详解：从基础到高级应用

HDMI接口技术详解：从基础到高级应用

HDMI（高清多媒体接口）是一种全数字化视频和声音发送或接收接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。主要用于机顶盒、电视、电脑和一些音箱等产品。随着技术的发展，HDMI规范也在不断更新，以支持更高的分辨率和更先进的视频技术。

HDMI接口类型

HDMI接口主要有以下几种类型：

• 标准接口（A型）：接口宽度为13.9mm，厚度为4.45mm，主要用于机顶盒、电视、电脑和一些音箱等产品。
• 迷你接口（C型）：接口宽度为10.42mm，厚度为2.4mm，主要用于MP4、平板电脑、相机等设备。
• 微型接口（D型）：接口宽度为6.4mm，厚度为2.8mm，主要用于智能手机、平板电脑等设备。

HDMI传输原理

HDMI基于TMDS协议进行数据传输。TMDS是一种差分信号传输技术，通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，其中8位数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡。这种算法使得被传输信号的过渡过程的上冲和下冲减小，提高信号传输的速度和可靠性。

HDCP协议

HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）是一种由Intel和其他公司共同开发的版权保护技术，用于防止高清内容在传输过程中被非法复制。HDCP通过在传输端和接收端之间进行认证和加密来保护内容。

HDMI的高级功能

• 动态HDR：确保视频的每一幕、甚至每一帧都显示出最佳的色彩和细节。
• eARC（Enhanced Audio Return Channel）：简化连接，支持先进的音频格式和高音频质量。
• 超高速HDMI线缆：支持48Gbps带宽，适用于8K和10K分辨率的视频传输。

HDMI不同版本区别

HDMI 2.1b规范

HDMI 2.1b是最新的HDMI规范，支持更高的视频分辨率和刷新率，如8K 60Hz和4K 120Hz，以及高达10K的分辨率。它还支持动态HDR格式，带宽能力增加到48Gbps。此外，HDMI 2.1b还包括基于源的色调映射（SBTM）功能，允许源设备执行部分HDR映射，以优化HDR信号。

HDMI电路设计和详解

电源电路设计

电源部分，HDMI是采用5V电源设计，+5V电源由发送器(SOURCE)TX输出给接收器(SINK)RX。

• 发送器(SOURCE)TX设计：TX端电流不低于55mA，这个+5V电源前段可以是DC/DC提供，但是要求有0.5A的限流功能，电压范围4.8V-5.3V；
• 接收器(SINK)RX设计：RX端电流消耗不超过50mA，上电完成后不超过10mA，电压范围4.7V-5.3V。

HPD检测电路设计

HPD（HotPlug Detect）热插拔检测。

Sink（RX）设备的HPD信号定义高电平为2.4V-5.3V，低电平为0-0.4V，输出电阻为1kohm±20%；
Source（TX）定义HPD电压检测到介于2.0V-5.3V时为高电平,0-0.8V为低电平。

I2C电路设计

HDMI的I2C采用的是5V电平标准，板端芯片的I2C电平一般采用的是3.3V或者1.8V，在使用的时候，注意增加电平转换电路。

数据和时钟电路设计

• 磁珠和ESD：ESD管是做静电防护，共模电感是为了提高信号的质量。
• 匹配电阻和AC电容：四组差分信号，AC电容为0.1uF,匹配电阻采用6.2Ω；
• 标准设计：MOS管和499ohm电阻是标准设计，有些设计也有把MOS管直接省掉的，直接用GPIO来控制。

ARC或者eARC电路设计

ARC和eARC的一下区别：

• ARC是指音频回传信道( Audio ReturnChannel)，如果电视与功放两方均搭载HDMI1.4版本以上的端口，就可以从电视将声音回传给功放，让环绕音响系统取代电视喇叭发声。ARC功能的出现，可以减化线材的连接，只需要用一条HDMI线。在不支持ARC功能时，我们如果想把电视的音频传给音响，那还要多增加一条音频线。
• eARC全名是增强版音频回传信道（Enhanced AudioReturn Channel），和先前的ARC技术相比，eARC提升很多， 在音频传输能力方面，eARC的最大码流可以达到37Mbps左右( ARC仅有1~3Mbps)，eARC不仅能传送无压缩的5.1或7.1多声道音频(Dolby True HD和DTS HD-MA)，而且还能传送Dolby Atmos和DTS:X音轨。而旧有的ARC只支持Dolby Digital、DTS、PCM 2.0...这类上一代的声音格式。eARC的诞生，也促使Netflix在提供网络影片时增加Dolby Atmos音效的比例。

CEC电路设计

CEC是消费电子控制通道（Consumer Electronics Control）。通过这条通道可以控制CEC网络上的设备。用户能够使用一个遥控器控制多个支持CEC的智能设备，从而无需使用多个遥控器来控制设备，例如：电视机(TV)、机顶盒产品和影音播放器等。CEC还可以控制音频采样率。一般来说一台HDMI输出设备的CEC可以和多台HDMI输入设备的CEC连接，不允许和另一台HDMI输出设备连接。一台设备断电不能影响其他设备的CEC通信。对连接线缆组件的要求：两端连接器之间的阻值不大于5ohm。

CEC3.1实现：一键播放；系统待机；一键录制；时钟设置；菜单控制；遥控传递等功能。

CEC电气特性在断电状态（如断电）期间，漏电流不超过1.8uA。