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

視頻傳輸經(jīng)歷了從模擬到數字的根本轉變，VGA和分量視頻等模擬視頻鏈路正在被HDMI和DVI取代。這兩種數字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，它們必須同時(shí)處理一組高頻和低頻信號。這兩種標準均采用最小跳變差分信號(T_MDS)傳輸數據的高頻(視頻)部分。T_MDS信號采用四個(gè)差分對傳輸R、G、B和時(shí)鐘，占用19針連接器的8個(gè)引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監視器(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(wú)法處理低頻信號。

HDMI/DVI基本原理

為實(shí)現HDMI和DVI系統中的“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(通常是監視器或接收機)必須連接起來(lái)。HDMI和DVI借用視頻電子標準協(xié)會(huì )(VESA)的開(kāi)放標準，采用數字顯示通道(DDC)、一個(gè)被稱(chēng)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電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID(擴展顯示標識數據)EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、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(guò)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(guò)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(gè)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電源由接收端內部提供。該圖說(shuō)明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過(guò)I2C兼容的DDC線(xiàn)路進(jìn)行通信。1980年推出的I2C規范是+5V規范。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(shí)，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，設計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(wú)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(shí)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)行設計，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM(人體模型)保護措施。這種高級別的ESD保護通?？梢允∪ジ饕_的額外保護措施。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)現多種功能，比如：為信號提供ESD保護；同一時(shí)刻只選通一個(gè)源端并提供邏輯電平箝位，以避免EDID EPROM端的電壓不會(huì )出現高于其電源電壓。MAX4929E僅消耗極少的電流，源端設備提供的+5V即可滿(mǎn)足其需求。

MAX4929E沒(méi)有特殊的上電順序要求，因此設計工程師不必擔心某個(gè)源設備開(kāi)啟而其它源設備關(guān)斷時(shí)會(huì )出現問(wèn)題。由于一些原因，源設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(gè)接收端，還可以防止第二條電纜加載I2C總線(xiàn)。后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)解決了兩路源設備同時(shí)連接至一個(gè)負載時(shí)，可能出現的主機沖突和額外的容性負載(每條電纜的分布電容為200pf/m)問(wèn)題。

如果將第二條2m長(cháng)的電纜連接到主電纜上，將會(huì )超過(guò)最大分布電容限制為700pf的規范要求。通過(guò)使用開(kāi)關(guān)，I2C驅動(dòng)器在同一時(shí)刻只驅動(dòng)一個(gè)負載，這樣，即使連接兩條3m長(cháng)的電纜也不違反規范要求。

在大多數系統中，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(gè)與TTL電平兼容的HPD信號。MAX4929E的這個(gè)功能可解決HPD輸出端的ESD保護問(wèn)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換功能。

如果HPR信號為邏輯高電平(標稱(chēng)值+5V)，則該邏輯高電平會(huì )出現在連接至MCU的引腳上，并保證該引腳的邏輯電平與MCU電平兼容，因為MAX4929E的基準引腳連接至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，因為其基準連接至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(kāi)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(gè)設備中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設備提供第二組輸入。

本文小結

MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開(kāi)關(guān)中所有低頻信號的切換，并為所有外部引線(xiàn)提供高級別的ESD保護。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(gè)輸入電壓，此輸入電壓可連接至系統MCU的同一個(gè)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2:1 HDMI或DVI開(kāi)關(guān)所需的全部切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能，還可增強MAX4886，以實(shí)現完整的單路輸入設備切換功能。