根据HDMI电源开关PS321的运用设计方案　

伴随着消费性电子器件作用要求的提升，HDMI做为新一代的数据音频视频插口愈来愈多的运用到消费性电子设备上。带HDMI作用的电子设备很多面世，HDMI的插口总数也随着提升。有线数字电视做为音频视频主要表现的一种媒介，其HDMI插口的使用关键做为数据音频视频信息的协调器。为了更好地能使有线数字电视联接大量的HDMI机器设备，很多集成电路芯片工程设计公司都适度发布了三选一或四选一的HDMI电源开关，用以达到HDMI协调器多端口的要求。文中具体详细介绍根据Parade公司的一款三选一HDMI电源开关PS321的运用设计方案。

硬件开发
1 集成ic型号选择
PS321做为一款三选一的HDMI电源开关，与其它生产商相相近的商品相非常具备较多优点。将PS321与另一款通用性的三选一HDMI电源开关开展核对，結果如表1所显示。

从之上核对中还可以看得出PS321具备下列优点。

● 在数据信息传输速率、HDMI线传送间距、环保节能及其ESD（抗静电）层面具备优点；

● 适用I2C操纵，便捷设计师应用；

● 内嵌EDID缓存文件，不必在HDMI插口上另加用于储存EDID数据信息的E2PROM，进而减少电源电路成本费；

● 内嵌均衡器，可调整增益值，用于填补HDMI信号在线道路上的传送损害。

2 电路原理
①DDC通信接口设计方案
DDC（表明数据通道）关键用以HDMI源端机器设备（Source）与协调器机器设备（Sink）中间开展EDID数据信息及HDCP密匙的沟通交流。根据EDID沟通交流，源端机器设备能够认识到协调器机器设备音频视频的接受工作能力；根据HDCP Key的沟通交流，能够即时的开展数据流分析的內容维护验证，进而实现数据信息內容维护的目地。DDC的线路方法与I2C电源电路同样，因而在DDC电路原理中，设计师要充分考虑DDC线路的脉冲信号。依照HDMI 1.3a标准，HDMI源端DDC的上拉电阻最少为1.5kΩ，充分考虑HDMI验证中DDC脉冲信号的规定（在 4.5～5.5V中间），将DDC数据信号均根据10kΩ的电阻器上拖到HDMI插口的第一8脚位（HDMI源端5V开关电源），如图所示1所显示。经测算，源端与协调器的DDC总上拉电阻的极小值为R总上拉min =1.5kΩ‖10kΩ=1.3kΩ。经检测，协调器DDC的脉冲信号约为4.68V，因而达到HDMI验证规定；而DDC总上拉电阻的极小值 1.3kΩ也达到I2C的标准。

图1 DDC通信接口图

因为PS321的DDC內部有弱下拉，当HDMI插口不接HDMI源机器设备时，DDC內部的下拉脉冲信号会根据10kΩ的电阻器传送到HDMI插口的第一8脚位，造成 HDMI插口的第一8脚位脉冲信号超过1.5V，不符合HDMI验证规定。因而必须将HDMI插口的该脚位接一个3.6kΩ的阻值到地。经检测，当HDMI插口不接HDMI源机器设备时，HDMI插口的第一8脚位脉冲信号约为0.5V，达到HDMI验证规定。

②均衡器设计方案
均衡器设计方案主要是对于弱数据信号做需要的数据信号整形美容，以确保HDMI传输数据的一致性。在I2C工作方式下，可根据存储器来设定均衡器的增益值尺寸。3个HDMI键入接口的均衡器增益值尺寸能够分离调整，如表2所显示。设计师能够根据3个HDMI键入端口号数据信号的亏损状况来取决于选用哪一挡。

开展以下检测：提前准备二根HDMI线，一根长5m，一根长10m，在均衡器增益值均为初始值下一样传送2.25Gb/s数据信息率的数据信号，获得如图2所显示的数据信息眼图。经核对，10m长的传送眼图的范围比5m的小，但还不危害传送数据信号的一致性。设计师在应用均衡器设计方案时，必须分辨数据信号的高低以确定选用哪一挡的增益值。现阶段在电视机设计方案中常常碰到必须一个侧置的HDMI插口，而HDMI电源开关一般 在电脑主板上，离侧置的HDMI插口有一段距离。自然此间距一般不易超出1m，选用规范的HDMI线不容易直接影响到数据信号品质，可是要是使用一般的电极连接线就有可能导致数据信号失帧。这时必须经过合理提升均衡器的增益值尺寸，以确保数据信号传递的一致性。如图所示3所显示。左边为PS321键入端收集的一般电极连接线的传递数据信号，能够见到眼图总面积缩小，数据信号的损害非常大；右边为历经PS321提升均衡器的增益值后收集的传递数据信号，能够见到数据信号经整形美容后修复一致性。

图2 2.25Gb/s数据信息率的传送眼图

图3 提升均衡器的增益值以确保数据信号传递的一致性

③TMDS数据信号的PCB设计
HDMI数据流分析以TMDS数据信号方式传送，包含三对差分信号手机充电线和一对差分信号数字时钟线。依据HDMI 1.3a标准，规定TMDS差分信号特性阻抗为100Ω±15％。假如依照双层PCB设计制作，如图4所显示。经测算，双层PCB的壁厚为61.2＋1.9 ＋1.9＝65mil，约为1.6mm；PCB板才的相对介电常数为4.2。依据TMDS差分信号特性阻抗为100Ω的方向规定，将之上主要参数带到差分信号特性阻抗计算软件 Polar Si9000中测算，将获得PCB设计的具体指导主要参数，如图所示5所显示。

图4 两层PCB构架

图5 差分信号特性阻抗测算

从图5中还可以得到下列PCB设计主要参数：差分信号布线总宽为12.5mil；差分信号线间隔为5mil；差分信号特性阻抗约为100Ω。

软件开发

1 HPD实际操作设计方案
HPD（Hotplug热插拔）实际操作设计方案是HDMI插口软件开发的一个关键步骤，它是由协调器机器设备（Sink）传出的，在与HDMI源端机器设备（Source）中间创建宣布通讯的原曲数据信号。HPD数据信号脉冲信号为高时表明协调器机器设备早已做好准备，容许源端机器设备浏览协调器机器设备。

在HPD实际操作的软件开发中，要考虑到以下2个要素。

一是HDMI源端机器设备导出的开关电源脚（HDMI协调器电源插座的第一8脚位）的检验。假如HDMI协调器电源插座的第一8脚位为低电频，表明HDMI源端机器设备未准备好，这时协调器机器设备应把HPD数据信号置低电频；假如HDMI协调器电源插座的第一8脚位为上拉电阻，表明HDMI源端机器设备已准备好，这时协调器机器设备依据自己的具体情况能够有挑选的将HPD数据信号置上拉电阻，以通告HDMI源端机器设备，说明协调器机器设备也准备好。

二是源端与协调器通讯不成功下的仿真模拟HPD实际操作。当HDMI源端与协调器的通讯刚创建时有可能发生HDCP-KEY载入不成功或EDID数据信息载入不正确的状况，导致HDMI工作中异常，这时为了更好地恢复过来的通讯，必须 开展模仿的HPD实际操作，即由协调器机器设备将HPD数据信号从上拉电阻拉为低电频，HPD低电频不断100ms上下，再拉回上拉电阻，那样源端机器设备会检验HPD数据信号的振荡，再次进行载入实际操作，为创建一切正常通讯做进一步的试着。这类手机软件仿真模拟HPD的使用能够在无需人为因素热插拔实际操作的帮助下为仿真模拟硬插下的方法来复建HDMI的常规通讯，进而能够清除通讯不稳定造成的常见故障。充分考虑之上两种要素，设计师能够比较容易地把握HPD实际操作的手机软件设计流程，如图所示6所显示。

图6 HPD实际操作的手机软件设计流程

2 CEC实际操作设计方案
CEC（消费性电子器件操纵）实际操作是HDMI插口的一个关键拓展作用，它选用“一线”（One Wire）通信方式，将HDMI的机器设备连接起來，使HDMI机器设备相互间的实际操作简单。假如PS321选用自带的EDID缓存文件区来配备，那麼PS321的CEC实际操作设计方案主要是CECMAC地址的分派，如图所示7所显示。

图7 CECMAC地址分派

CECMAC地址的配置有俩种方法：硬件配置方法和手机软件方法。

①硬件配置方法
当HDMI协调器机器设备通电后，系统软件根据I2C将EDID数据信息包含HDMI端口号1的MAC地址载入PS321的EDID

缓存文件区，HDMI 3个端口号的MAC地址分派以下：端口号1默认设置 为1.0.0.0；端口号2和端口号3的MAC地址由PS321

以硬件配置方法在端口号1默认设置 详细地址的根基上完成“全自动加一”实际操作得到，因而端口号2为2.0.0.0；端口号3为3.0.0.0。

以硬件配置方法得到的CECMAC地址是确定的，不可以更改，因而HDMI端口号2和端口号3的MAC地址是无法更改的。

硬件配置方法设定CECMAC地址的步骤如图所示8所显示。

图8 硬件配置方法设定CECMAC地址的流程表

②手机软件方法
HDMI端口号1的MAC地址来源于EDID缓存文件区，是由系统软件根据I2C将EDID数据信息包含HDMI端口号1的MAC地址载入PS321的EDID缓存文件区，这一点与硬件配置方法同样。HDMI端口号2和3的MAC地址存有专业的存储器中，启用时将其投射到EDID缓存文件区。以手机软件方法设定的CECMAC地址能够变更。手机软件方法设定CECMAC地址的参照步骤编码以下：

Set HPD Low
//将HPD数据信号设为低电频
WriteREG(Page0.0x10,0x01)
//激活软件方法设定CECMAC地址
Load EDID to PS321 EDID Buffer for HDMI1
//将EDID数据信息包含HDMI端口号1的MAC地址载入EDID缓存文件区
Load CEC Physical Address locaTIon to Page0.0x17
//将CECMAC地址的部位载入存储器0x17
Load CEC Physical Address&checksum for HDMI2 to Page0.0x11～0x13
//将HDMI2MAC地址及检验码载入存储器0x11～0x13
Load CEC Physical Address&checksum for HDMI3 to Page0.0x14～0x16
//将HDMI3MAC地址及检验码载入存储器0x14～0x16
WriteREG(Page0.0x10,0x07)
//3个HDMI端口号的EDID及CECMAC地址已准备好
Set HPD High
//将HPD数据信号设为上拉电阻

总结
根据PS321的运用设计方案，能够进一步的掌握HDMI电源开关在硬件软件设计方案领域的制定关键点。伴随着HDMI插口的很多应用及其超清音频视频数据流分析的发展趋势，HDMI电源开关将开发设计出集成化大量、升级的作用运用，比如，TMDS数据信号响应式均衡作用；HDMI-CEC命令接受、编解码及推送等作用。

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