依据HDMI开关PS321的运用规划
跟着消费类电子功用需求的添加，HDMI作为新一代的数字音视频接口越来越多的运用到消费类电子产品上。带HDMI功用的电子产品很多面世，HDMI的接口数量也随之添加。数字电视作为音视频体现的一种载体，其HDMI接口的运用首要作为数字音视频数据的接纳端。为了能使数字电视衔接更多的HDMI设备，许多集成电路规划公司都当令推出了三选一或四选一的HDMI开关，用于满意HDMI接纳端多接口的需求。本文首要介绍依据Parade公司的一款三选一HDMI开关PS321的运用规划。
硬件规划
1 芯片选型
PS321作为一款三选一的HDMI开关，与其他厂商相类似的产品相比较具有较多优势。将PS321与另一款通用的三选一HDMI开关进行比对，成果如表1所示。
从以上比对中能够看出PS321具有以下优势。
● 在数据传输率、HDMI线传输间隔、节能以及ESD（防静电）方面具有优势；
● 支撑I2C操控，便利规划者运用；
● 内置EDID缓存，无须在HDMI接口上外加用来存储EDID数据的E2PROM，然后下降电路本钱；
● 内置均衡器，可调理增益，用来补偿HDMI信号在线路上的传输丢失。
2 电路规划
①DDC接口电路规划
DDC（显现数据通道）首要用于HDMI源端设备（Source）与接纳端设备（Sink）之间进行EDID数据及HDCP密钥的沟通。经过EDID沟通，源端设备能够了解到接纳端设备音视频的接纳才能；经过HDCP Key的沟通，能够实时的进行数据流的内容维护认证，然后到达数据内容维护的意图。DDC的电路方法与I2C电路相同，因而在DDC电路规划中，规划者要考虑到DDC线路的电平。依照HDMI 1.3a标准，HDMI源端DDC的上拉电阻最小为1.5kΩ，考虑到HDMI认证中DDC电平的要求（在 4.5～5.5V之间），将DDC信号均经过10kΩ的电阻上拉到HDMI接口的第18引脚（HDMI源端5V电源），如图1所示。经核算，源端与接纳端的DDC总上拉电阻的最小值为R总上拉min =1.5kΩ‖10kΩ=1.3kΩ。经测验，接纳端DDC的电平约为4.68V，因而满意HDMI认证要求；而DDC总上拉电阻的最小值 1.3kΩ也满意I2C的标准。
图1 DDC接口电路图
因为PS321的DDC内部有弱上拉，当HDMI接口未接HDMI源设备时，DDC内部的上拉电平会经过10kΩ的电阻传递到HDMI接口的第18引脚，导致HDMI接口的第18引脚电平大于1.5V，不满意HDMI认证要求。因而需求将HDMI接口的该引脚接一个3.6kΩ的电阻到地。经测验，当HDMI接口未接HDMI源设备时，HDMI接口的第18引脚电平约为0.5V，满意HDMI认证要求。
②均衡器规划
均衡器规划首要是针对弱信号做必要的信号整形，以确保HDMI数据传输的完整性。在I2C作业方法下，可经过寄存器来设置均衡器的增益巨细。3个HDMI输入端口的均衡器增益巨细能够分隔调理，如表2所示。规划者能够经过3个HDMI输入端口信号的丢失状况来决议选用哪一挡。
进行如下测验：预备两根HDMI线，一根长5m，一根长10m，在均衡器增益均为默许值下相同传输2.25Gb/s数据率的信号，得到如图2所示的数据眼图。经比对，10m长的传输眼图的面积比5m的小，但还不影响传输信号的完整性。规划者在运用均衡器规划时，需求判别信号的强弱以决议选用哪一挡的增益。现在在电视规划中常常遇到需求一个侧置的HDMI接口，而HDMI开关通常在主板上，离侧置的HDMI接口有一段间隔。当然此间隔一般不会超越1m，选用标准的HDMI线不会影响到信号质量，可是假如选用一般的衔接线就或许形成信号失真。此刻需求经过恰当进步均衡器的增益巨细，以确保信号传输的完整性。如图3所示。左边为PS321输入端收集的一般衔接线的传输信号，能够看到眼图面积变小，信号的丢失很大；右侧为经过PS321进步均衡器的增益后收集的传输信号，能够看到信号经整形后康复完整性。
图2 2.25Gb/s数据率的传输眼图
图3 进步均衡器的增益以确保信号传输的完整性
③TMDS信号的PCB规划
HDMI数据流以TMDS信号方法传输，包含三对差分数据线和一对差分时钟线。依据HDMI 1.3a标准，要求TMDS差分阻抗为100Ω±15％。假如依照两层PCB来规划，如图4所示。经核算，两层PCB的厚度为61.2＋1.9 ＋1.9＝65mil，约为1.6mm；PCB板材的介电常数为4.2。依据TMDS差分阻抗为100Ω的方针要求，将以上参数带入差分阻抗核算软件 Polar Si9000中核算，将得到PCB规划的辅导参数，如图5所示。
图4 双层PCB架构
图5 差分阻抗核算
从图5中能够得出以下PCB规划参数：差分走线宽度为12.5mil；差分线距离为5mil；差分阻抗约为100Ω。
软件规划
1 HPD操作规划
HPD（Hotplug热插拔）操作规划是HDMI接口软件规划的一个重要环节，它是由接纳端设备（Sink）宣布的，在与HDMI源端设备（Source）之间树立正式通讯的序幕信号。HPD信号电平为高时标明接纳端设备现已预备好了，答应源端设备拜访接纳端设备。
在HPD操作的软件规划中，要考虑如下两个要素。
一是HDMI源端设备输出的电源脚（HDMI接纳端插座的第18引脚）的检测。假如HDMI接纳端插座的第18引脚为低电平，标明HDMI源端设备未预备好，此刻接纳端设备应把HPD信号置低电平；假如HDMI接纳端插座的第18引脚为高电平，标明HDMI源端设备已预备好，此刻接纳端设备依据本身的状况能够有挑选的将HPD信号置高电平，以告诉HDMI源端设备，标明接纳端设备也预备好。
二是源端与接纳端通讯失利下的模仿HPD操作。当HDMI源端与接纳端的通讯刚树立时或许呈现HDCP-KEY读取失利或EDID数据读取过错的状况，形成HDMI作业不正常，此刻为了康复正常的通讯，需求进行模仿的HPD操作，即由接纳端设备将HPD信号从高电平拉为低电平，HPD低电平继续100ms左右，再拉回高电平，这样源端设备会检测HPD信号的跳变，从头建议读取操作，为树立正常通讯做进一步的测验。这种软件模仿HPD的操作能够在不需求人为热插拔操作的帮忙下以模仿硬插拔的方法来重建HDMI的正常通讯，然后能够消除通讯不稳定引起的毛病。考虑到以上两个要素，规划者能够很容易地把握HPD操作的软件规划流程，如图6所示。
图6 HPD操作的软件规划流程
2 CEC操作规划
CEC（消费类电子操控）操作是HDMI接口的一个重要扩展功用，它选用“一线”（One Wire）通讯方法，将HDMI的设备连通起来，使HDMI设备之间的操作简单化。假如PS321选用内置的EDID缓存区来装备，那么PS321的CEC操作规划首要是CEC物理地址的分配，如图7所示。
图7 CEC物理地址分配
CEC物理地址的分配有两种方法：硬件方法和软件方法。
①硬件方法
当HDMI接纳端设备上电后，体系经过I2C将EDID数据包含HDMI端口1的物理地址写入PS321的EDID
缓存区，HDMI 3个端口的物理地址分配如下：端口1默以为1.0.0.0；端口2和端口3的物理地址由PS321
以硬件方法在端口1默许地址的基础上完成“主动加一”操作取得，因而端口2为2.0.0.0；端口3为3.0.0.0。
以硬件方法取得的CEC物理地址是固定的，不能改动，因而HDMI端口2和端口3的物理地址是不能改动的。
硬件方法设置CEC物理地址的流程如图8所示。
图8 硬件方法设置CEC物理地址的流程图
②软件方法
HDMI端口1的物理地址来自EDID缓存区，是由体系经过I2C将EDID数据包含HDMI端口1的物理地址写入PS321的EDID缓存区，这一点与硬件方法相同。HDMI端口2和3的物理地址存在专门的寄存器中，调用时将其映射到EDID缓存区。以软件方法设置的CEC物理地址能够更改。软件方法设置CEC物理地址的参阅流程代码如下：
Set HPD Low
//将HPD信号设为低电平
WriteREG(Page0.0x10,0x01)
//激活软件方法设置CEC物理地址
Load EDID to PS321 EDID Buffer for HDMI1
//将EDID数据包含HDMI端口1的物理地址写入EDID缓存区
Load CEC Physical Address locaTIon to Page0.0x17
//将CEC物理地址的方位写入寄存器0x17
Load CEC Physical Address&checksum for HDMI2 to Page0.0x11～0x13
//将HDMI2物理地址及校验码写入寄存器0x11～0x13
Load CEC Physical Address&checksum for HDMI3 to Page0.0x14～0x16
//将HDMI3物理地址及校验码写入寄存器0x14～0x16
WriteREG(Page0.0x10,0x07)
//3个HDMI端口的EDID及CEC物理地址已预备好
Set HPD High
//将HPD信号设为高电平
结语
经过PS321的运用规划，能够进一步的了解HDMI开关在软硬件规划方面的规划关键。跟着HDMI接口的很多运用以及高清音视频数据流的开展，HDMI开关将开宣布集成更多、更新的功用运用，例如，TMDS信号自适应均衡化功用；HDMI-CEC指令接纳、解码及发送等功用。
