Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 光電/顯示技術
 
 
光電/顯示技術  

用HDMI開關增強數位高解析度顯示器連通性

上網時間: 2006年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:視圖波罩餘量  eye mask margin  HDMI  DVI  HDMI開關 

本文將討論使用高解析度多媒體介面(HDMI)開關在現有的數位電視設計上增加多個數位HDMI/數位視訊介面(DVI)輸入埠,同時解釋HDMI和DVI之間的區別,以及HDMI和DVI視訊共享的一些關鍵規格和參數。本文還提供HDMI開關的設計指南,幫助設計工程師迅速將這些元件整合到系統中。

目前多數高解析度電視都具備高解析度類比YPbPr輸入端子以及單一的高解析度數位輸入端子,如DVI或HDMI。現在,利用具有HDMI輸出端子的視訊轉換盒,許多消費者都能夠接收有線電視公司的數位高解析度節目內容。在這種應用中,許多高解析度顯示器中已有唯一的HDMI輸入端子,因此不能連接其它HDMI數據源。

微軟和Sony的下一代遊戲平台都具有HDMI輸出介面,讓玩家能盡情享受全數位化的高解析度體驗。預期到明年,高解析度DVD標準大戰將會出現定論,市場上將迅速推出採用HDMI輸出的高解析度DVD播放器。這些市場趨勢顯示出對於帶多個HDMI輸入端子顯示器的需求。顯示器設計工程師意識到家用數位設備即將迅速成長,因此正為下一代高解析度顯示器產品添加更多的數位輸入埠。

圖1:高頻寬HDMI開關FSHDMI04應用結構圖。

雖然設計工程師能夠利用更昂貴的HDMI接收器晶片來滿足這個需要,但許多都仍然選擇保留現有的單輸入HDMI接收器,並使用HDMI/DVI開關來進行轉換,因為這種選擇能實現最短的設計週期,以及更重要的是最低的總體系統成本。由於系統成本是驅動HDTV普及的一個主要因素,故享有總體成本的優勢非常重要。

系統應用

HDMI開關能夠再使用目前已具備單HDMI輸入端子的設計,因此有助於簡化設計和降低總體系統成本,首批因這些產品而受益的主要應用包括各種格式的高解析度視訊顯示器、CRT、LCD、DLP和電漿等。這些產品中無需使用更新更貴的雙輸入接收器,只是增加第二個埠,HDMI開關就可以對現有已採用單HDMI輸入端子的設計迅速進行升級。HDMI開關(如FSHDMI04)只需簡單地插入到選定的HDMI接收器和兩個HDMI連接器之間。

對於一個完整的解決方案,還需要能發送更高電壓及更低頻率的控制訊號。建議使用一個至少165MHz的簡單5V四通道SPDT開關,例如FSAL200或FSAV330。這些控制訊號用於接收器和數據源之間的首次握手,數據源根據這些控制訊號來確定接收器能夠處理什麼樣的視訊解析度。只需要FSHMDI04和第二個用於發送控制數據的開關,就可以在單輸入設計上完全實現第二個HDMI輸入介面。

這種配置能讓用戶將數位視訊轉換盒(STB)和遊戲機或未來具HDMI功能的高解析度DVD播放器連接到顯示器上。利用標準的單輸入顯示器,用戶必須拔去STB才可透過HDMI纜線播放電影或視訊遊戲。對此,用戶還可採用另一種方案,利用HDMI纜線保留STB的連接,並使用類比高解析度分量視訊輸入(YPbPr)連接DVD播放器或遊戲機。雖然這種方法可以連接高解析度節目內容,但卻需要在類比和數位格式之間進行兩次轉換,因此其最終品質會較HDMI提供的純數位連接低。

圖2:基本的雙鏈路架構。

未來將會採用HDMI開關的主要應用之一是筆記型電腦。現在,許多筆記型電腦都具有適用於現有DVD的標準解析度S視訊輸出端子,但由於預期高解析度DVD標準將會很快獲得採用,加上新一代遊戲機將適用於高解析度遊戲,下一代筆記型電腦和船塢(docking station)轉向HDMI輸出是很自然的事。在這種應用中,HDMI開關應允許筆記型電腦和塢站外接HDMI連接器,當筆記型電腦插接或未插接時便可以自動進行切換,這就使得擁有高解析度DVD驅動器的筆記型電腦用戶能夠在其數位高解析度電視或數位顯示器上觀看高解析度電影。

HDMI和DVI概述

HDMI是較新的格式。DVI只能處理視訊數據,HDMI卻可包含音訊及視訊數據,並透過稱為高解析度內容保護(HDCP)的數位加密協議形式提供更強的內容保護功能。由於HDMI連接涵蓋視訊和音訊數據,因此可在數據源和接收器之間實現單一連接。兩種格式都遵循相同的電氣規格,所以像FSHDMI04等被動視訊開關便不能區分出HDMI或DVI訊號。這種共享的電氣規格稱為最小化傳輸差分訊號(TMDS),在每一鏈路中使用了由3個數據對與1個時脈對組成的4個差分對。HDMI在兩種基本數位配置之一上(單鏈路或雙鏈路)傳輸數據。任一特定鏈路的最大頻寬是4.95Gbps(3個TMDS對每個平行傳輸的速率為1.65Gbps),對應於165MHz的最大時脈頻率。

數據和時脈頻率不同的原因在於數據以稱作畫素的10位元數據封包發送。對解析度要求低於每秒165百萬畫素的顯示器而言,單一鏈路連接已經足夠。假若解析度要求在每秒165百萬和350百萬畫素之間,可使用第二條鏈路平行發送數據。由於兩條鏈路共享一個時脈對,因此最大的時脈頻率始終為165MHz。圖2顯示了基本的雙鏈路架構,並可供單鏈路或雙鏈路連接使用。

DVI是市場上第一個標準化的純數位視訊連接。像HDMI一樣,它對單或雙鏈路配置的需求取決於所選的顯示器解析度、顯示器類型和相應的刷新頻率。DVI連接在電腦應用中仍然相當普及,許多系統都具有DVI輸出以便實現至數位LCD顯示器的直接數位連接。例如,一個刷新頻率為60Hz的高解析度LCD顯示器(1,920x1,080)可利用單鏈路DVI和約130MHz的時脈頻率連接。

DVI和HDMI的基本電氣特性都是採用同一標準,像FSHDMI04這樣的開關可適用於這兩種數位視訊格式。

HDMI/DVI的應用挑戰和關鍵規格

HDMI和DVI的數據速率都非常高,並允許傳輸未經壓縮的數位視訊。在單鏈路HDMI連接中,每個TMDS對將以高達1.65Gbps的速率傳輸數據,較高速USB快三倍。因此當利用高速數據傳輸協議進行設計時,出現了新的應用挑戰。在這個環境中,以前微不足道的寄生電容器、線載(line loading)和訊號失配都可能導致誤碼率的增加,甚至造成發送或接收數據的失敗。

圖3:如何設立TMDS訊號的基本原理圖。

此外,HDMI和DVI規格的編寫者從不會想到在發送器和接收器之間的訊號路徑中插入被動高頻低損耗開關。認真閱讀HDMI和DVI的規格便可明顯發現這一點,因為在電氣規格中幾乎沒有留給加入的非理想開關元件帶來的變化餘地。因此,HDMI和DVI高性能開關生產商必須針對應用的特定需求謹慎定製其產品,否則將不能在系統中正常工作。以下是一些關鍵的功能特性,根據這些特性可以判定開關能否在高速環境下工作。

1. 導通電容器與導通阻抗

開關的導通電容器是判斷開關對TMDS數據串流影響的最重要因素。過大的開關電容器會導致訊號弧形邊緣,造成較慢的上升和下降速度。其結果是,系統的抖動增加,相應的誤碼率增大。通道的電容器失配對HDMI和DVI規格的影響很大,使得要滿足非常嚴苛的偏移(skew)規格更加困難。

例如,當以最高速率傳輸數據時,差分對內偏移不能超過0.15Tb,亦即不能大於90ps。HDMI/DVI開關設計工程師必須面對的一個設計問題是導通電容器和導通阻抗的折中。低導通電容器和高頻寬性能需要付出增加導通阻抗的代價。這個折中是不可避免的,這也正是HDMI/DVI開關必須針對有關應用進行設計基本原因之一。

許多設計工程師都很熟悉電壓驅動應用,並因此很自然地認為導通阻抗是開關選擇中最重要的規格。這是因為在電壓源應用中,導通阻抗往往會引起插入損耗和訊號衰減。但幸運的是,HDMI和DVI訊號並沒有這個問題,因為它們使用具有終結電阻的電流源來設立訊號電平。圖3所示為如何設立TMDS訊號的基本原理圖。

當知道TMDS訊號的典型訊號範圍為AVCC到AVCC-0.5V就能夠得出結論,電流源將設置為透過50歐姆的偏置電阻(RT)提供10mA電流,以設立接收器輸入電壓。由於TMDS傳輸線是由電流驅動,開關上的插入損耗要比電壓驅動應用少得多。採用?定的10mA電流源,不論電阻上的電壓降為多大,都能在接收器輸入端提供正確的電壓(由於沒有理想的電流源,故需記住開關的導通阻抗不能過大)。

因此,HDMI/DVI開關的導通電容器應該很小。當面對導通電容器/導通阻抗的折中問題時,應當選擇較低的導通電容器,因為導通電容器對系統性能的影響相對較大。

2. 頻寬

第二個重要的開關特性是頻寬。要以最大的速率傳輸數據,HDMI/DVI開關就必須具有至少825MHz的頻寬(因為數據速率傳輸為1.65Gbps,並同時在上升和下降沿觸發)。由此得知在0到825MHz的頻率範圍上,開關的訊號損耗不得大於3dB。當傳輸最高視訊解析度訊號時,如果開關不能達到這種性能,將會使數據串流嚴重衰減,因而導致HDMI或DVI接收器無法對數據進行恢復。此外,較窄的頻寬會縮短系統可接受的纜線長度,使得最終的設計對於消費者的吸引力大減。基於這些原因,HDMI/DVI開關至少應該具有825MHz的頻寬。

3. 阻抗匹配以減少反射

最後,必須考慮阻抗匹配以及在高速數據線路上增加開關對於訊號反射產生的影響。雖然HDMI/DVI開關不可能完美地匹配傳輸線的線阻抗,但是這些開關仍可透過設計使訊號反射減至最小。透過選擇具有低導通電容器和導通阻抗的HDMI開關,便可以將總系統反射降至最小。就訊號反射而言,最好選擇較低的導通電容器和較高的導通阻抗,這會使開關輸入端的電壓駐波比(VSWR)具有較大的幅值,有助於補償稍高的導通阻抗導致的任何損耗,並同時允許增加視圖波罩餘量(eye mask margin)。

作者:Travis Williams

高級應用工程師

Fairchild公司




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 用HDMI開關增強數位高解析度顯示器連通...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首