昆明优化网站公司,建设企业网银如何对账,有做a50期货的网站,企业融资方式有哪些1、HDMI的来源及发展 如今显示器上最常用的接口无非HDMI#xff08;High Definition Multimedia Interface#xff09;与DP#xff08;DisplayPort#xff09;两种#xff0c;VGA与DVI已经很少使用#xff0c;原因在于VGA传输的是模拟信号#xff0c;在发送端需要将数字…1、HDMI的来源及发展 如今显示器上最常用的接口无非HDMIHigh Definition Multimedia Interface与DPDisplayPort两种VGA与DVI已经很少使用原因在于VGA传输的是模拟信号在发送端需要将数字信号转换为模拟信号在接收端又需要把模拟信号转换成数字信号模拟信号在传输过程中及其容易受到外界干扰逐渐被淘汰。DVI接口与HDMI接口类似都是传输数字信号但只能传输视频信号不能传输音频信号也极少使用了。 HDMI接口是松下、索尼这些电视厂商在2002年联合推出的视频传输接口HDMI1.0最高带宽达到4.96Gbps。2006推出的HDMI1.3版本最高带宽达到10.2Gbps经过四年发展HDMI接口从电视领域逐步拓展到游戏主机、笔记本、摄像机、数码相机等产品上这段时间HDMI风光无限。 英特尔、英伟达、联想、戴尔等电脑公司不想受制于人在2006年5月联合发布了DP1.0最高带宽支持10.8Gbps。2009年的时候HDMI1.4发布最高支持4K30帧。2013年9月的时候发布HDMI2.0最高带宽扩展到18Gbps支持4K60Hz2017年推出HDMI2.1数据带宽达到48Gbps。但是DP2.0已经最高支持80gbps的传输速率并且DP协议是完全免费的而HDMI是需要支付版权费用的。 HDMI凭借早期的市场积累优势HDMI的数据传输速率足够用户日常使用所以HDMI还是作为最常见的显示器接口存在。
2、HDMI接口类型 根据接口大小大致可分为四类如图1所示分别是A型、B型、C型、D型。 图1 HDMI接口类型 2.1、A型接口 A型是最常见的一般显示器或视频设备都提供了这种尺寸的接口该接口宽度为13.9毫米、厚度为4.45毫米有19针接口对应的信号分布如图2所示对应的信号分布如表1所示。 图2 A型 HDMI接口信号分布 表1 A型HDMI接口的引脚含义 HDMI信号引脚定义引脚信号引脚信号引脚信号1数据22数据2屏蔽3数据2-4数据15数据1屏蔽6数据1-7数据08数据0屏蔽9数据0-10时钟11时钟屏蔽12时钟-13CEC14保留15SCL16SDA17DDC/CEC地185V电源19热插拔检测 HDMI接口包含四对差分线其中三对差分线用于传输RGB三种信号剩余一对差分线传输差分时钟。 为了加强抗干扰能力每对差分线之间还加入了一根屏蔽线比如数据2与数据2-之间加入数据2屏蔽线1、2、3信号线组成1个数据传输通道10、11、12三根线组成1个时钟传输通道。SCL与SDA使IIC接口主要用于DDC进行EDID相当于一个信息表会存放显示器的制造商、型号、分辨率等信号的交互显示设备和主机可以相互读取。 CEC是HDMI的一个扩展功能比如以前在电视上通过影碟机播放光盘的内容电视机与影碟机采用HDMI进行通信时用户可以通过电视遥控器去控制影碟机实现视频的快进或倒退快进或倒退的数据就是通过HDMI的CEC从电视接收器传输给影碟机的影碟机再去实现视频的快进或倒退。
2.2、B型接口 B型接口非常罕见宽度达到21毫米接口引脚有29针接口引脚如表2所示相比A型接口多了三组差分数据线这代表传输数据带宽是A型接口的2倍现在该接口只应用于一些专业场合。 表2 B型HDMI接口的引脚含义 HDMI信号引脚定义引脚信号引脚信号引脚信号1数据22数据2屏蔽3数据2-4数据15数据1屏蔽6数据1-7数据08数据0屏蔽9数据0-10时钟11时钟屏蔽12时钟-13数据514数据5屏蔽15数据5-16数据417数据4屏蔽18数据4-19数据320数据3屏蔽21数据3-22CEC23保留24保留25SCL26SDA27DDC/CEC 地285电源29热插拔检测 接口信号除了增加3对数据线之外与A型接口一致不再过多介绍。
2.3、C型接口 C型是为小型设备而生的其尺寸为2.42 mm × 10.42 mm相比A型小了将近1/3应用范围很小。接口引脚与A型接口一致也是19针但是引脚的分布有一点区别差分屏蔽线与差分的P引脚对换了其余部分信号位置也互换了如下表3所示。主要用在便携式装置上例如DV、数码相机、便携式多媒体播放机等。 表3 C型HDMI接口的引脚含义 HDMI信号引脚定义引脚信号引脚信号引脚信号1数据2屏蔽2数据23数据2-4数据1屏蔽5数据16数据1-7数据0屏蔽8数据09数据0-10时钟屏蔽11时钟12时钟-13DDC/CEC地14CEC15SCL16SDA17保留185V电源19热插拔检测
2.4、D型接口 D型是最新的接口类型接口引脚分布与A型完全一致。尺寸为2.8 mm x 6.4 mm进—步减小采用了双排针脚设计尺寸近似于miniUSB接口主要应用在一些小型的移动设备上如手机、MP4等等。
3、HDMI传输数据的信号流向 FPGA开发板上一般是A型的HDMI接口本文只对数据的信号流向做简要讲解便于后文的原理图电路分析本文不对视频、音频信号的编码原理及FPGA实现进行讲解这部分将放在后续FPGA实现TMDS编码的章节讲解。 HDMI可以传输视频信息、音频信息、控制和状态信号主机与从机交互数据如图3所示主机先对视频信号、音频信号、状态、控制信号进行编码转换成10bit的冰箱数据然后将并行数据转换为串行数据最后将单端信号转换为四路差分信号输出。 从机接收到差分信号后解码出视频、音频、控制信号从而实现数据传输。主机可以通过DDC通道读取从机的EDID数据获取从机的制造商、版本、分辨率等信息。主机和从机还可以通过CEC实现一些数据交互。 图3 HDMI传输示意图 详情如下图4所示HDMI链路包括三个TMDS数据通道和一个TMDS时钟通道。TMDS时钟通道始终以与传输视频的像素速率成比例比例关系在后续讲解FPGA实现的时候会进行说明的速率运行。 在TMDS时钟通道的每个周期三个TMDS数据通道中的每一个都传输一个10位字符。 图4 HDMI编码器/解码器概述 由上图4可知三个数据通道分别传输R、G、B像素对应的数据其中传输蓝色像素的通道会将行、场同步信号进行编码传输给从机从机从该通道解码出行、场同步信号用于同步接收到各通道的数据其余两个数据通道会将一些控制信号进行编码传输给从机。 视频信息采用TMDS编码规则进行编码后续FPGA实现HDMI传输数据时进行详细讲解该编码音频信号的编码比较复杂没并且一般FPGA不会用来传输音频信号此处不足过多介绍想了解的可以查看HDMI手册。
4、硬件原理图分析 FPGA实现HDMI数据 传输一般会存在两种方式一种是采用外部解码芯片对HDMI数据进行解码FPGA只需要与该芯片的接口进行通信即可FPGA的代码设计难度较低。另一种就是不带解码芯片FPGA通过编码算法对视频、音频信息进行编码直接输出差分信号实现数据的传输相比前者后者FPGA开发难度更大但是成本更低灵活性更高也更有利于了解编码规则。 本文对第二种电路进行分析第一种直接查看编码/解码芯片手册即可实际电路难度不大。 我手里目前有两块开发板带有HDMI接口这两块开发板硬件电路有一点区别额外介绍一下以前用过的两外两块开发板的HDMI电路总共四块开发板的HDMI硬件原理图接口分析。
4.2、达芬奇开发板的HDMI原理图分析 正点原子的这款开发板有两个相同的双向HDMI接口对应原理图如图5所示。差分数据线和时钟线通过瞬态抑制二极管后接到FPGA管脚上并上拉到3.3V AZ1045-04F用于保护连接到数据和传输线的敏感组件免受静电放电(ESD)引起的过电压的影响可以理解为集成的瞬态二极管。CEC引脚依旧没有使用此处接到3.3V。 图5 达芬奇开发板的HDMI原理图 稍微复杂一点的就是IIC的数据线以及热插拔引脚的控制因为HDMI接口是5V电平而FPGA管脚最高只能提供3.3V电压所以要进行电平转换。此外该接口是双向接口作为输出接口时热插拔应该是外部从机输入提供给FPGA作为判断使用的作为输入接口时FPGA热插拔引脚输出连接状态会存在一个方向切换以及状态检测和发送的作用。 该开发板通过HDMI_OE和HDMI_HPD信号实现信号的双向传输在分析这两个信号控制原理前需了解仙童公司设计的两颗芯片NC7SZ125M5X和NC7WZ07P6X的工作原理。NC7SZ125M5X是一个三态门OE为低电平时输出引脚Y等于输入引脚A当OE为高电平时该芯片输出高阻态。NC7WZ07P6X也是一个双通道的三态门当输入端A为低电平时输出端Y为低电平输入端A为高电平时输出端Y为高阻态。 HDMI_OUT_EN信号用来控制HDMI输入、输出的方向DHMI_OUT_EN输出高电平时表示将HDMI作为输出接口此时NC7SZ125M5X输出高阻态。HDMI的19号引脚输入低电平时NC7WZ07P6X的Y2引脚输出低电平则HDMI_HPD为低电平HDMI的19号引脚输入5V时NC7WZ07P6X的Y2引脚输出高阻态HDMI_HDP被上拉到3.3V即高电平。所以当HDMI作为输出时FPGA可以通过检测HDMI_HDP信号电平状态获取从机是否连接到HDMI接口上从而决定是否传输数据。 图6 热插拔检测信号电路 HDMI_OUT_EN为低电平时该HDMI接口作为输入此时HDMI_HDP输出高电平表示FPGA连接到了HDMI接口则NC7WZ07P6X输出高电平HDMI接口的19号引脚被拉高而NC7WZ07P6X的输入端变为高电平输出端则为高阻态。HDMI_HDP被拉低时同样可以分析出HDMI接口的19号引脚被拉低。 HDMI的供电电路如图7所示作为输出接口时开发板的电源给HDMI接口供电所以该电源芯片的使能端连接HDMI_OUT_EN信号HDMI_OUT_EN信号为高电平时电源芯片输出5V电源给HDMI接口供电。HDMI_OUT_EN为低电平时表示HDMI接口作为输入则该接口由外部输入设备进行供电TPS2051BDB芯片不工作。 图7 HDMI供电电路 接下来就是IIC的电平转换电路如图8所示SCL与SDA的电路原理相同只是方向相反此处只分析SDA的电路原理即可。 1. 当HDMI_SDA是主机为高电平(3.3V)时则NMOS的栅源电压Ugs0NMOS被关断左侧HDMI_SDA_LS作为输入对外呈现高阻态则HDMI_SDA_LS最终被R195上拉到5V从而实现5V到3.3V的转换。 2. 当HDMI_SDA是主机为低电平时则NMOS的栅源电压Ugs0左侧HDMI_SDA_LS作为输入对外呈现高阻态NMOS的源极与漏极导通则HDMI_SDA_LS被HDMI_SDA拉低实现低电平的转换。 图8 IIC的电平转换电路 3. 当HDMI_SDA_LS是主机为高电平(5V)时右侧的HDMI_SDA作为输入对外呈现高阻态HDMI_SDA被R136上拉到3.3V此时Ugs0NMOS关闭HDMI_SDA就能一直保持高电平(3.3V)的状态。 4. 当HDMI_SDA_LS是主机为低电平时右侧的HDMI_SDA作为输入对外呈现高阻态HDMI_SDA被R136上拉到3.3V然后就G了输入为低电平输出变为高电平了
其实是因为这个MOS管的原理图画的不标准A03400手册上的模型图如图9所示在源漏之间存在一个二极管这个时候二极管就起作用了。
由于HDMI_SDA为3.3VHDMI_SDA_LS为0V那么源极指向漏极的二极管导通HDMI_SDA电位被拉低导致NMOS的栅源电压Ugs0NMOS打开则HDMI_SDA被HDMI_SDA_LS拉低输出低电平。 图9 A03400的模型图 最后如图10所示的一个开发板电源与HDMI接口电源的隔离电路该NMOS功能与二极管类似起单向导电的作用。使用MOS管相比二极管的优势使用二极管导通时会有压降会损失一些电压。而使用MOS管做隔离让MOS管饱和导通通过电流时MOS管几乎不产生压降。 图10 MOS管隔离电路 隔离是保证HDMI接口的电压不会影响开发板的电源比如没有这个隔离电路那么HDMI接口的3.3V电压直连到开发板的3.3V电源如果在板子上电之前将外部的HDMI线连接到FPGA开发板上外部仪器给HDMI接口供电会导致电压倒灌到开发板内部导致一些3.3V连接的LED之类的器件工作但开发板此时还没供电就会很奇怪。
4.2、AX720的HDMI接口 小梅哥的ACX20如图11所示该开发板有两个HDMI接口两个接口都是双向传输数据的。 图11 AX720开发板 其中一个HDMI的原理图如图12所示与正点原子的原理图大多一致。J6是HDMI A型接口的金属座子差分数据线、时钟线和热插拔检测引脚的连接方式与原子的开发板基本一致由于FPGA没有使用CEC功能CEC引脚直接悬空。 图12 ax720 HDMI接口原理图 相同的电路就不在进行分析了区别在于IIC的电平转换电路不同原子使用的是NMOS的分离器件而小梅哥使用的是集成的电平转换芯片。对于集成芯片通过数据手册了解功能即可电平转换芯片GTL2002DP118的内部结构如图13所示 图13 GTL2002DP118内部结构 GTL2002提供2个NMOS通路晶体管(Sn和Dn)带有一个公共栅极(GREF)和一个参考晶体管(SREF和DREF)。该器件允许1.0 V和5.0 V之间的双向电压转换而无需使用方向引脚。当Sn或Dn端口为LOW时Sn和Dn端口之间通过低电阻连接。假设Dn端口上的电压较高当Dn端口为HIGH时Sn端口上的电压被限制为参考晶体管(SREF)设置的电压。当Sn端口为HIGH时上拉电阻将Dn端口拉至DREF。由于器件中的所有晶体管都是相同的因此SREF和DREF可以位于其他两个匹配的Sn/Dn晶体管中的任何一个上从而使电路板布局更容易。 图14 IIC电平转换电路 了解原理后对图14的IIC原理图进行分析U30的GREFNMOS的栅极是接5VSREFNMOS管的源极接3.3V此时NMOS的栅源电压大于0根据手册可知此时的NMOS漏源两极是导通的也就说明栅源电压大于此NMOS的开启电压。而DREFNMOS的漏极接在5V当芯片的S1、S2、D1、D2这些管脚输入低电平时对应NMOS都是处于打开状态的源极S端与漏极D端之间只存在微小电阻两端电压接近相等从而会把另一端的电位拉低达到低电平转换效果。当D端输入高电平(近似等于DREF)时由于该NMOS与参考的NMOS时对称的那么S端电位也就近似等于SREF的电位了从而实现5V转3.3V电压。当S端输入高电平近似等于SREF时根据对称原则D端电位近似等于DREF电位手册上说此时NMOS处于几乎关断的状态。 相比原子的少了一个隔离作用的电路但对HDMI的功能也没有什么影响。
4.3、米联客ZYNQ7030 我手里现存开发板中的一块这是一个单向的HDMI接口对应原理图如图15所示硬件电路及其简单差分时钟线和数据线的连接方式与前面开发板一致由于只能作为输出所以热插拔检测引脚就只会作为输入使用直接下接地连接到FPGA管脚上。 查看了后续电路这个HDMI接口上的IIC接口应该是没有连接的因为没有做电平转换不可能直接给FPGA使用实际电路板上R41和R42应该没有焊接所以单向传输的电路会简单很多。 图15 zynq7030 HDMI硬件原理图 我手里另一块带HDMI接口的板子是米联客老版的ZYNQ7020这个板子的原理图与小梅哥的AX720除电源转换芯片不同之外基本上完全相同所以就不贴出来了。 上述分析三块板子的原理图除了了解HDMI的接口信号外也能够熟悉一些电平转换电路原子开发板所用的IIC电平转换电路就比较经典后续就是对HDMI的视频编码协议进行解读并采用FPGA实现。
