如何實(shí)現(xiàn)HDMI/DVI開關(guān)所需的信號切換和電平匹配

視頻傳輸經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的根本轉(zhuǎn)變，VGA和分量視頻等模擬視頻鏈路正在被HDMI和DVI取代。這兩種數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求幾乎完全相同，它們必須同時處理一組高頻和低頻信號。這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用最小跳變差分信號(T_MDS)傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。T_MDS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(jì)為“即插即用”，即監(jiān)視器(接收端)和視頻源連接在一起，并一同尋找以最佳性能協(xié)同工作的方法。許多新型T_MDS HDTV芯片具有兩套完整的高頻(T_MDS)輸入，但無法處理低頻信號。

HDMI/DVI基本原理

為實(shí)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(jī))和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機(jī))必須連接起來。HDMI和DVI借用視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(VESA)的開放標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)字顯示通道(DDC)、一個被稱為熱插拔檢測(HPD)的新信號，以及一路可以由源端向接收鍛提供50mA電流的標(biāo)準(zhǔn)5V信號。在標(biāo)準(zhǔn)的VESA方法中，源端尋址EDID(擴(kuò)展顯示標(biāo)識數(shù)據(jù))EPROM。該EPROM器件包含接收設(shè)備的品牌、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為通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。

圖1：通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。

在圖1中，給出了作為四個差分對連接的T_MDS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(jìn)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(hù)。

為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設(shè)計(jì)工程師必須處理兩路不同的信號：T_MDS高頻信號和前面提到的低頻信號。一些新型HDMI處理器具有兩組可處理高頻T_MDS信號的輸入端，但是無法處理電壓相對較高的低頻信號。Maxim公司的MAX4929E可在處理上述低頻信號時提供最大的靈活性和選擇性。

在低頻視頻信號源之間的切換

利用MAX4929E進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM(人體模型)保護(hù)措施。這種高級別的ESD保護(hù)通?？梢允∪ジ饕_的額外保護(hù)措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，并選擇其中一路輸入。這種源切換可實(shí)現(xiàn)多種功能，比如：為信號提供ESD保護(hù)；同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以避免EDID EPROM端的電壓不會出現(xiàn)高于其電源電壓。MAX4929E僅消耗極少的電流，源端設(shè)備提供的+5V即可滿足其需求。

MAX4929E沒有特殊的上電順序要求，因此設(shè)計(jì)工程師不必?fù)?dān)心某個源設(shè)備開啟而其它源設(shè)備關(guān)斷時會出現(xiàn)問題。由于一些原因，源設(shè)備之間的切換功能非常必要，該功能不僅可以控制連接哪個接收端，還可以防止第二條電纜加載I2C總線。后一個優(yōu)點(diǎn)解決了兩路源設(shè)備同時連接至一個負(fù)載時，可能出現(xiàn)的主機(jī)沖突和額外的容性負(fù)載(每條電纜的分布電容為200pf/m)問題。

如果將第二條2m長的電纜連接到主電纜上，將會超過最大分布電容限制為700pf的規(guī)范要求。通過使用開關(guān)，I2C驅(qū)動器在同一時刻只驅(qū)動一個負(fù)載，這樣，即使連接兩條3m長的電纜也不違反規(guī)范要求。

在大多數(shù)系統(tǒng)中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，然后在EDID握手之后，返回一個與TTL電平兼容的HPD信號。MAX4929E的這個功能可解決HPD輸出端的ESD保護(hù)問題，允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接，并提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號的邏輯電平轉(zhuǎn)換功能。

如果HPR信號為邏輯高電平(標(biāo)稱值+5V)，則該邏輯高電平會出現(xiàn)在連接至MCU的引腳上，并保證該引腳的邏輯電平與MCU電平兼容，因?yàn)镸AX4929E的基準(zhǔn)引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入端口上具有+5V信號，則MCU就收到與TTL電平兼容的信號，然后MCU發(fā)出HPD信號。MAX4929E將HPD信號“導(dǎo)引”到正確的HDMI器件上，并且在所連接的器件上產(chǎn)生與TTL電平完全兼容的信號。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?yàn)槠浠鶞?zhǔn)連接至MCU的同一電源。

圖2：MAX4929E的典型電路連接圖。

除了與包含兩路高頻輸入的T_MDS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，以便支持兩組T_MDS信號輸入，并將它們集成到單個設(shè)備中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設(shè)備提供第二組輸入。

本文小結(jié)

MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關(guān)中所有低頻信號的切換，并為所有外部引線提供高級別的ESD保護(hù)。MAX4929E可以與EDID EPROM配合使用，支持+5V信號電平輸入，輸出可箝位至+3.3V以匹配EDID。此外，MAX4929E消除了一條電纜的電容影響，所以DDC輸出每次僅與一組DDC連接。MAX4929E還具有第3個輸入電壓，此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(shí)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(hù)功能，還可增強(qiáng)MAX4886，以實(shí)現(xiàn)完整的單路輸入設(shè)備切換功能。