• HDMI 接口

• • 技术原理：HDMI 接口采用 TMDS 技术传输数字信号，不仅可以传输高清视频信号，还能同时传输多声道音频信号。它支持 EDID 和 DDC2B，设备之间能够自动协商并选择最合适的视频 / 音频格式，实现 “即插即用” 功能。
  • 接口类型：常见的有标准 HDMI 接口、Mini-HDMI 接口和 Micro-HDMI 接口。标准 HDMI 接口用于大多数电脑、电视等设备；Mini-HDMI 接口相对较小，常用于一些便携式设备，如相机、平板电脑等；Micro-HDMI 接口则更小，主要应用于智能手机等小型移动设备。
  • 性能特点：随着版本的更新，HDMI 接口的带宽不断提升，HDMI 2.1 接口标准带宽达到了 48Gbps，能够支持 8K 60Hz、4K 120Hz 视频以及 16bit 色深，还支持动态 HDR 数据传输、可变刷新率等功能。
  • 应用场景：广泛应用于机顶盒、DVD 播放机、个人电脑、游戏机、电视、数字音响等设备，是家庭影音娱乐系统中最常用的接口之一，也在广电节目制作、医疗手术直播、教育互动教学等领域有应用。

HDMI详细介绍

HDMI是新一代的多媒体接口标准。它能够同时传输视频和音频，简化了设备的接口和连线；同时提供了更高的数据传输带宽，可以传输无压缩的数字音频及高分辨率视频信号。

HDMI向下兼容DVI，但是DVI只能传输视频，而不能同时传输音频，这是两者最主要区别。此外DVI尺寸明显大于HDMI。

随着技术的迭代HDMI发展至今也推出了如干版本，性能更加出色，兼容性不断提高。HDMI正在成为高清时代普及率最高、用途最广泛的数字接口。

HDMI的优势

数字化视频、音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字接口，其可同时传输视频和音频信号。

更好的抗干扰性能，能实现最长20米的无失真传输。

针对大尺寸数字平板电视分辨率进行优化，兼容性好。

完全兼容DVI接口标准

支持热插拔

一根线缆实现数字音频、视频信号同步传输，有效降低使用成本和繁杂程度。

HDMI电路原理

以下是对图中 HDMI 接口每根信号的详细介绍：

TMDS 数据传输相关信号

·V_HDMI_TX2_DP（针脚 2）、V_HDMI_TX2_DN（针脚 3）：

·功能：构成 TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化传输差分信号）数据通道 2 的差分信号线。HDMI 通过 3 组 TMDS 数据通道来传输视频和音频数据，数据通道 2 主要负责传输一部分视频或音频信息。

·原理：差分信号传输方式利用两根线传输幅度相等、相位相反的信号，接收端通过检测两根线的电压差来还原数据，能够有效抵抗电磁干扰，保证信号在长距离传输过程中的稳定性和准确性。

·V_HDMI_TX1_DP（针脚 4）、V_HDMI_TX1_DN（针脚 5）：

·功能：组成 TMDS 数据通道 1 的差分信号线，用于传输另一部分视频或音频数据，和其他数据通道协同工作，以完整传输一帧图像以及对应的音频数据。

·原理：同样基于差分信号传输原理，在高速数据传输中减少信号衰减和失真，确保数据准确无误地从发送端（如电脑显卡、蓝光播放器）传输到接收端（如电视、显示器）。

·V_HDMI_TX0_DP（针脚 6）、V_HDMI_TX0_DN（针脚 7）：

·功能：构成 TMDS 数据通道 0 的差分信号线，负责传输视频和音频数据的一部分，三个数据通道共同协作，实现高清视频和多声道音频的高质量传输。

·原理：采用差分信号传输，提高信号的抗干扰能力，保证在复杂电磁环境下数据传输的可靠性。

·V_HDMI_CLK_DP（针脚 10）、V_HDMI_CLK_DN（针脚 11）：

·功能：组成 TMDS 时钟通道的差分信号线，传输时钟信号。该时钟信号为数据通道提供同步参考，确保接收端能够按照正确的时序解析来自三个数据通道的数据。

·原理：通过差分信号传输时钟信号，保证时钟信号的稳定性和准确性，如同指挥家掌控乐队演奏的节奏一样，控制数据传输的节奏，使数据能够被准确接收和处理。

I²C 总线相关信号

·V_HDMI_SCL（针脚 14）：

·功能：I²C 总线的串行时钟线（Serial Clock Line），为 I²C 总线上的数据传输提供时钟信号，协调数据传输的节奏。在传输 EDID（Extended Display Identification Data，扩展显示标识数据）等信息时，控制数据传输的时序，确保发送端和接收端之间数据传输的同步。

·原理：按照一定的频率产生时钟脉冲信号，数据在时钟脉冲的上升沿或下降沿被发送和接收，以此保证数据传输的准确性。

·V_HDMI_SDA（针脚 15）：

·功能：I²C 总线的串行数据线（Serial Data Line），用于传输 EDID 等信息。EDID 包含了显示设备的型号、分辨率、刷新率、色彩模式等参数，信号源设备（如电脑、游戏机）通过读取这些信息，能够自动将输出信号调整为适合显示设备的最佳设置。

·原理：在 SCL 时钟信号的同步下，数据以串行方式在 SDA 线上逐位传输，实现设备之间的信息交互。

热插拔检测信号

·V_HDMI_HPD_SINK（针脚 19）：

·功能：用于热插拔检测（Hot Plug Detect，HPD）。当显示设备（如电视、显示器）通过 HDMI 接口连接到信号源设备（如电脑、蓝光播放器）时，该针脚会发送信号通知信号源设备显示设备已连接；当显示设备断开连接时，也会通过此针脚告知信号源设备，以便信号源设备进行相应的设置调整，如切换输出模式等。

·原理：当显示设备连接上时，HPD 信号线路会产生电平变化，信号源设备检测到这种变化后，会自动识别到新设备的接入，并进行相应的初始化和配置操作。

电源及其他信号

·5V_SYS_HDMI、5V_HDMI：

·功能：为 HDMI 接口及连接的设备提供电源，一般用于为接口电路中的芯片、元件等提供稳定的工作电压，确保其能够正常处理和传输数据。

·原理：通过电源线路将稳定的 5V 电压传输到接口电路中的各个元件，保证其正常工作。

·接地连接点（图中多处接地标识）：

·功能：为整个接口电路提供电气参考电位，起到稳定电路、减少干扰的作用。接地良好可以降低信号噪声，保证信号传输的稳定性和设备的正常工作。

·原理：将接口电路中的各个元件的地线连接到一起，并与大地或设备的公共地相连，形成一个统一的零电位参考点，减少不同元件之间的电位差引起的干扰。

V_HDMI_TX_DP和V_HDMI_TX_DN是显示图像信号传输线，V_HDMI_CLK_DP和V_HDMI_CLK_DN是接口的时钟信号线，V_HDMI_SCL和V_HDMI_SDA是接口的I2C总线，V_HDMI_HPD_SINK是接口的热插拔识别信号。

HDMI的结构框图

这是 HDMI（高清多媒体接口） 连接原理图，展示了 CPU（或 GPU，以下统称 CPU）与 HDMI 连接器之间的信号转换、传输及硬件设计逻辑。以下从 整体原理 和 关键设计细节 拆解：

一、整体原理：“信号转换 + 传输” 链路

HDMI 核心功能是 传输高分辨率视频、音频及控制信号（如热插拔、EDID 读取）。本图实现：

2.信号传输：通过 PCB 走线，将 HDMI 信号传递到连接器（公头 / 母头）。

3.功能覆盖：支持视频 / 音频传输、热插拔检测、EDID 读取（显示器参数协商）。

二、关键设计细节：逐模块 + 信号解析

1. 高速视频数据通道（TMDS）

HDMI 用 3 组 TMDS 差分对（Data0~2）传输视频 / 音频数据，1 组 TMDS 时钟差分对（Clock+/-）同步数据：

·功能：

·3 组数据差分对并行传输，支持高分辨率（如 4K）、高刷新率（如 60Hz）。

·时钟差分对为数据传输提供同步基准，避免误判。

·设计细节：

·阻抗匹配：TMDS 差分对需控制为 100Ω±10% 差分阻抗，保证信号完整性。

·滤波与隔离：图中串联电容（Ccouple）用于 隔直通交（阻断直流噪声，仅传输交流数据）。

·等长 / 等距：3 组数据差分对 + 1 组时钟差分对需严格等长（误差 < 50mil），避免相位差导致画面错位。

  RTMDS相关电路的作用是给 4组 TMDS 差分信号提供直流分量，因为 4组 TMDS 差分信号在传输过程中经过了耦合电容，耦合电容会把直流分量过滤掉，因此在耦合电容后面需要一个提供直流分量的电路。

2. 辅助控制通道（DDC/CI）

·功能：

·传输 EDID（显示器参数）：显示器通过 DDC_SDA/SCL 向 CPU 上报分辨率、色域、刷新率等参数，CPU 自动适配输出。

·支持 DDC/CI 指令（如显示器亮度调节、输入源切换）。

·信号组成：

·DDC_SCL（I²C 时钟） + DDC_SDA（I²C 数据）：标准 I²C 总线，兼容低速控制需求。

·设计细节：

·上拉电阻（Rpull）：V3.3_50 上拉到 3.3V，保证 I²C 总线空闲时为高电平（符合 I²C 协议）。

·电平转换：若 CPU 端电平与 HDMI 端不兼容（如图中 Level Shifter），需用电平转换芯片适配（如 1.8V→3.3V）。

3. 热插拔检测（HPD：Hot Plug Detect）

·功能：

·检测 HDMI 设备（显示器）是否插入 / 拔出，触发 CPU 重新协商信号（如识别新显示器、切换输出）。

·设计细节：