- HDMI和DVI結(jié)口概述
- HDMI / DVI應(yīng)用規(guī)范對比
- 導(dǎo)通電容相對導(dǎo)通阻抗的權(quán)衡
- 阻抗匹配以減少反射
- 具有足夠高的頻寬
新一代顯示器需求多個HDMI輸入端子
市場對高解析度顯示器的需求不斷增長。據(jù)消費(fèi)電子協(xié)會（CEA）指出，2005年年底有13％ 的美國家庭都擁有數(shù)字電視。而到2008年，這個數(shù)字會增加到65％。CEA最近一次的調(diào)查則指出，有71％ 的家庭表明他們下一個購買的電視將具備數(shù)字有線功能。
目前商店里大多數(shù)的高畫質(zhì)電視（HDTV）都具有高解析度模擬高解析度分量視頻輸入YPbPr輸入端子，以及單一的高解析度數(shù)字輸入端子，如DVI或 HDMI?，F(xiàn)在，利用帶有HDMI輸出端子的機(jī)上盒（STB），許多消費(fèi)者都能夠接收有線電視公司的數(shù)字高解析節(jié)目內(nèi)容。在這種應(yīng)用中，許多高解析度顯示器中已有單個HDMI輸入端子，因此沒有空間再放置其他HDMI資料源。微軟（Microsoft）和索尼（Sony）的下一代游戲機(jī)都具有HDMI輸出，讓玩家能盡情享受全數(shù)字化的高解析體驗(yàn)。預(yù)期到明年，高解析度DVD標(biāo)準(zhǔn)的大戰(zhàn)將偃旗息鼓，迫使市場快速採用具有HDMI輸出的高解析度DVD播放器。
上述市場趨勢在在透露出顯示器必須擁有多個HDMI輸入端子。顯示器設(shè)計(jì)人員意識到家用數(shù)位設(shè)備即將出現(xiàn)迅勐增長，因此正在下一個高解析度顯示器產(chǎn)品中增加更多的數(shù)字輸入埠。雖然設(shè)計(jì)人員能夠利用更昂貴的HDMI接收器晶片來滿足這個需要，但許多都仍然選擇保留現(xiàn)有的單輸入HDMI接收器，并使用HDMI / DVI開關(guān)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@個抉擇能提供最短的設(shè)計(jì)周期，以及最低的系統(tǒng)成本，而更低的系統(tǒng)成本也將直接驅(qū)動HDTV快速普及。
本文將討論使用HDMI開關(guān)在現(xiàn)有數(shù)字電視設(shè)計(jì)上增加多個數(shù)字HDMI / DVI輸入埠的優(yōu)點(diǎn)，同時解釋HDMI 和 DVI之間的區(qū)別，以及HDMI 和 DVI 視頻共用的一些關(guān)鍵規(guī)格和參數(shù)。此外，本文也將以快捷半導(dǎo)體的相關(guān)元件為例，提供相關(guān)設(shè)計(jì)指引。
系統(tǒng)應(yīng)用
HDMI開關(guān)能夠復(fù)制使用現(xiàn)時已具備單HDMI輸入端子的設(shè)計(jì)，因此有助于簡化設(shè)計(jì)和降低系統(tǒng)成本。首批受益的應(yīng)用包括各種格式的高解析度視頻顯示器、CRT、LCD、DLP和電漿（PDP）平面顯示器等。無需使用更新更昂貴的雙重輸入接收器，只是增加第二個埠，HDMI開關(guān)就可以對現(xiàn)有已採用單HDMI輸入端子的設(shè)計(jì)迅速進(jìn)行升級。
以FSHDMI04 這類HDMI開關(guān)為例，只需簡單地插入到選定的HDMI接收器和兩個HDMI連接器之間即可。若針對一個完整的解決方案，還需要切換較高電壓及較低頻率的控制信號，建議使用一個至少165MHz的簡單5V 方型 SPDT開關(guān)，例如FSAL200 或 FSAV330。這些控制信號用于接收器（Sink） 和資料源（Source） 之間的首次交換，而資料源以此來決定接收器能夠處理什麼樣的視頻解析度，只需要FSHMDI04加上第二個用于控制資料的開關(guān)，即可在單輸入設(shè)計(jì)上完全實(shí)現(xiàn)第二個HDMI輸入埠。
[page]這種配置能讓用戶將數(shù)字機(jī)上盒（STB） 、游戲平臺或未來具HDMI功能的高解析度DVD播放機(jī)連接到其顯示器上。利用標(biāo)準(zhǔn)的單輸入顯示器，用戶必須拔去STB才可通過HDMI線纜播放電影或視頻游戲。對此，用戶還可採用另一種方案，利用HDMI線纜保留STB的連接，并使用模擬高解析度分量視頻輸入（YPbPr）連接DVD播放機(jī)或游戲機(jī)。雖然這種方法可以提供高解析度節(jié)目內(nèi)容，但卻需要在模擬和數(shù)字格式之間進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換，因此其終端品質(zhì)會較HDMI提供的純數(shù)字連接低。
筆記型電腦也是未來將採用HDMI開關(guān)的主要應(yīng)用之一。現(xiàn)在，許多筆記型電腦都具有適用于現(xiàn)有DVD的標(biāo)準(zhǔn)解析度S視頻輸出端子，但由于預(yù)期高解析度DVD標(biāo)準(zhǔn)將會很快獲得接納，加上新一代游戲機(jī)將適用于高解析度游戲，下一代筆記型電腦和塢站（Docking Station）轉(zhuǎn)向HDMI輸出是很自然的事。在這類應(yīng)用中，HDMI開關(guān)應(yīng)容許筆記型電腦和塢站外接HDMI連接器，當(dāng)筆記型電腦插接或未插接時便可以自動進(jìn)行切換，這能讓擁有高解析度DVD驅(qū)動器的筆記型電腦用戶，能夠在其數(shù)字HDTV或數(shù)字顯示器上觀看高解析度電影。
HDMI和DVI概述
HDMI和DVI兩者主要異同之處概述如下：
■HDMI
HDMI是兩者之中較新的一種格式，建基于舊式的DVI規(guī)范。DVI只能處理視頻資料，HDMI 卻可包含音頻及視頻資料，并通過稱為高解析度內(nèi)容保護(hù)（HDCP） 的數(shù)字加密協(xié)定形式提供更強(qiáng)的內(nèi)容保護(hù)功能。由于HDMI連接涵蓋視頻和音頻資料，因此可在資料源和接收器之間實(shí)現(xiàn)單一連接。兩種格式都遵循相同的電子規(guī)范，所以，像FSHDMI04等無源視頻開關(guān)便不能區(qū)分出HDMI或DVI信號。這種共用的電子格式稱為最小化轉(zhuǎn)換差分信號（Transition Minimized Differential Signaling；TMDS），在每一鏈路中使用了由3個資料對與1個時脈對組成的4個差分對。HDMI在兩種基本數(shù)位配置之一（即單鏈或雙鏈路） 傳輸資料。任一給定鏈路的最大頻寬是4.95Gbps（3 個TMDS 通道平行傳輸，每個通道的信號傳輸率為1.65Gbps），相對于最大的時脈頻率為165 MHz。
資料和時脈頻率不同的原因在于資料以稱作圖元的10位元資料包發(fā)送。對解析度要求低于每秒165萬圖元的視頻顯示器而言，單一鏈路連接已經(jīng)足夠；假若清晰度要求在每秒165萬和350萬圖元之間，可使用第二條鏈路并行發(fā)送資料。由于兩條鏈路共用一個時脈對，因此最大的時脈頻率始終為165 MHz。圖2顯示了基本的雙鏈路架構(gòu)，并可供單鏈路或雙鏈路連接使用。
■DVI
DVI是市場上第一個標(biāo)準(zhǔn)化的純數(shù)字視頻連接。與HDMI一樣，它對單或雙鏈路配置的需求取決于所選的顯示器解析度，以及顯示器類型和相應(yīng)的更新頻率。DVI端子在電腦應(yīng)用中仍然相當(dāng)普及，許多系統(tǒng)都具有DVI輸出以便實(shí)現(xiàn)至數(shù)字LCD 顯示器的直接數(shù)位連接。舉例說，一個更新頻率為60Hz的高解析度 LCD顯示器(1920x1080）可利用單鏈路DVI和約130MHz的時脈頻率連接。這可參考圖3 的DVI規(guī)格參考。
[page]HDMI / DVI應(yīng)用挑戰(zhàn)和關(guān)鍵規(guī)范
HDMI 和 DVI的資料速率都非常高，并允許傳輸未經(jīng)壓縮的數(shù)位視頻。在單鏈路HDMI連接中，每TMDS對將以高達(dá)1.65Gbps的速率傳輸資料，較高速USB快三倍。因此當(dāng)利用高速資料傳輸協(xié)定進(jìn)行設(shè)計(jì)時，新的應(yīng)用挑戰(zhàn)紛紛出現(xiàn)。例如以前微不足道的雜散電容、線載和信號失配，都可能導(dǎo)致誤碼率增加，甚至造成發(fā)射或接收資料的失效。此外，HDMI和DVI規(guī)范的編寫者從不會設(shè)想在發(fā)射器和接收器之間的信號路徑中插入無源的高頻低損耗開關(guān)，當(dāng)仔細(xì)閱讀HDMI 和 DVI的規(guī)范時，便可明顯發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)樵陔娮右?guī)范中幾乎沒有什麼變化余地留給附加的非理想型開關(guān)器件。因此，HDMI 和 DVI高性能開關(guān)生產(chǎn)商必須針對應(yīng)用的特定需求謹(jǐn)慎制定其產(chǎn)品，否則將不能在系統(tǒng)中正常運(yùn)作。以下是一些關(guān)鍵的功能特性，以判斷開關(guān)能否在高速環(huán)境下工作。
■導(dǎo)通電容相對導(dǎo)通阻抗的權(quán)衡
開關(guān)的導(dǎo)通電容是判斷開關(guān)對TMDS資料流程影響的最重要因素。過大的開關(guān)電容會導(dǎo)致弧形邊緣，造成較慢的上升和下降速度，致使系統(tǒng)的抖動增加，使相應(yīng)的誤碼率提高。
通道的電容失配對HDMI 和 DVI規(guī)范的影響至巨，使得要滿足非常嚴(yán)苛的偏移規(guī)范難上加難。例如，當(dāng)以最高速率傳輸資料時，差分對內(nèi)延遲差不能超過0.15Tbit，亦即不能大于90ps。HDMI / DVI開關(guān)設(shè)計(jì)人員必須面對的一個設(shè)計(jì)權(quán)衡問題，在于導(dǎo)通電容和導(dǎo)通阻抗之間，低導(dǎo)通電容和高頻寬性能需要付出增加導(dǎo)通阻抗的代價，這個權(quán)衡問題無法避免，也正是HDMI / DVI開關(guān)必須針對有關(guān)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本原因之一。
許多設(shè)計(jì)人員都很熟悉電壓驅(qū)動應(yīng)用，并因此很自然地設(shè)想導(dǎo)通阻抗是開關(guān)選擇中最重要的規(guī)格。這種設(shè)想出于在電壓源應(yīng)用中，導(dǎo)通阻抗往往會引起插損和信號衰減。但幸運(yùn)地，HDMI 和 DVI信號并沒有這個問題，因?yàn)樗鼈兪褂镁哂薪K端電阻的電流源來建立信號電平。圖4所示為如何建立TMDS信號的基本原理圖。
當(dāng)知道TMDS信號的典型信號范圍為AVCC 到 AVCC-0.5V，就能夠得出結(jié)論，電流源將設(shè)置為通過50歐姆的偏置電阻（RT） 提供10mA 電流，以建立接收器輸入電壓。由于TMDS傳輸線是由電流驅(qū)動，開關(guān)上的插入損耗要比電壓驅(qū)動應(yīng)用少得多。利用恆定的10mA電流源，不論電阻上的電壓降為多少，都能在接收器輸入端提供正確的電壓；由于沒有理想的電流源，故需記住導(dǎo)通阻抗的開關(guān)不應(yīng)該過大。
綜上所述，HDMI / DVI開關(guān)的導(dǎo)通電容應(yīng)該很小。當(dāng)面對導(dǎo)通電容和導(dǎo)通阻抗的權(quán)衡問題時，應(yīng)當(dāng)選擇較低的導(dǎo)通電容，因?yàn)閷?dǎo)通電容對系統(tǒng)性能的影響相對較大。
■頻寬
第二個重要的開關(guān)特性是頻寬。要以最大的速率傳輸資料，HDMI / DVI開關(guān)就必須具有至少825MHz的頻寬。這個數(shù)字的依據(jù)是基于已知資料以1.65Gbps的速率傳輸，并同時在上升和下降沿被觸發(fā)。由此得知，在0 到 825MHz的頻率范圍上，開關(guān)的信號損耗不得大于3dB。
當(dāng)傳輸最高視頻解析度信號時，沒有這種性能的開關(guān)會使資料流程急劇衰減，從而導(dǎo)致HDMI 或 DVI接收器無法對資料進(jìn)行恢復(fù)。此外，較窄的頻寬會縮短系統(tǒng)可接受的纜線長度，使到最終設(shè)計(jì)對于消費(fèi)者的吸引力大減?；谶@些原因，HDMI / DVI開關(guān)至少應(yīng)該具有825MHz的頻寬。
■阻抗匹配以減少反射
最后，必須考慮阻抗匹配以及在高速資料線路上增加開關(guān)對于信號反射產(chǎn)生的影響。雖然HDMI / DVI開關(guān)不可能完美地匹配傳輸線的線阻抗，但是這些開關(guān)仍可通過設(shè)計(jì)使信號反射減至最小。透過選擇具有低導(dǎo)通電容和導(dǎo)通阻抗的HDMI開關(guān)，便可以將總系統(tǒng)反射降至最小。
在信號反射方面，最好選擇較低的導(dǎo)通電容和較高的導(dǎo)通阻抗，這會造成開關(guān)輸入端的電壓駐波比（VSWR） 具有較大的幅值，有助于補(bǔ)償稍高的導(dǎo)通阻抗導(dǎo)致的任何損耗，并同時增加眼圖波罩余量（Eye Mask Margin）。
HDMI是消費(fèi)視頻市場的下一個焦點(diǎn)，有機(jī)會像USB一樣在數(shù)位資料傳輸領(lǐng)域中廣泛普及。透徹理解導(dǎo)通電容、導(dǎo)通阻抗和頻寬的重要權(quán)衡取捨，方能設(shè)計(jì)出充分發(fā)揮HDMI所有長處的系統(tǒng)；當(dāng)為系統(tǒng)增加多個 HDMI 連接器時，HDMI開關(guān)可以大幅降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性并減少系統(tǒng)成本。
