如何實現HDMI/DVI開關所需的信號切換和電平匹配

視頻傳輸經歷了從模擬到數字的根本轉變，VGA和分量視頻等模擬視頻鏈路正在被HDMI和DVI取代。這兩種數字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，它們必須同時處理一組高頻和低頻信號。這兩種標準均采用最小跳變差分信號(T_MDS)傳輸數據的高頻(視頻)部分。T_MDS信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監視器(接收端)和視頻源連接在一起，并一同尋找以最佳性能協同工作的方法。許多新型T_MDS HDTV芯片具有兩套完整的高頻(T_MDS)輸入，但無法處理低頻信號。

HDMI/DVI基本原理

為實現HDMI和DVI系統中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機)和接收端(通常是監視器或接收機)必須連接起來。HDMI和DVI借用視頻電子標準協會(VESA)的開放標準，采用數字顯示通道(DDC)、一個被稱為熱插拔檢測(HPD)的新信號，以及一路可以由源端向接收鍛提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID(擴展顯示標識數據)EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、型號以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協同工作。圖1為通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。

圖1：通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。

在圖1中，給出了作為四個差分對連接的T_MDS信號、+5V、HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID，EDID電源由接收端內部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I2C兼容的DDC線路進行通信。1980年推出的I2C規范是+5V規范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護。

為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設計工程師必須處理兩路不同的信號：T_MDS高頻信號和前面提到的低頻信號。一些新型HDMI處理器具有兩組可處理高頻T_MDS信號的輸入端，但是無法處理電壓相對較高的低頻信號。Maxim公司的MAX4929E可在處理上述低頻信號時提供最大的靈活性和選擇性。

在低頻視頻信號源之間的切換

利用MAX4929E進行設計，所有與外部連接器連接的信號都具有±15kV HBM(人體模型)保護措施。這種高級別的ESD保護通常可以省去各引腳的額外保護措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，并選擇其中一路輸入。這種源切換可實現多種功能，比如：為信號提供ESD保護；同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以避免EDID EPROM端的電壓不會出現高于其電源電壓。MAX4929E僅消耗極少的電流，源端設備提供的+5V即可滿足其需求。

MAX4929E沒有特殊的上電順序要求，因此設計工程師不必擔心某個源設備開啟而其它源設備關斷時會出現問題。由于一些原因，源設備之間的切換功能非常必要，該功能不僅可以控制連接哪個接收端，還可以防止第二條電纜加載I2C總線。后一個優點解決了兩路源設備同時連接至一個負載時，可能出現的主機沖突和額外的容性負載(每條電纜的分布電容為200pf/m)問題。

如果將第二條2m長的電纜連接到主電纜上，將會超過最大分布電容限制為700pf的規范要求。通過使用開關，I2C驅動器在同一時刻只驅動一個負載，這樣，即使連接兩條3m長的電纜也不違反規范要求。

在大多數系統中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，然后在EDID握手之后，返回一個與TTL電平兼容的HPD信號。MAX4929E的這個功能可解決HPD輸出端的ESD保護問題，允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接，并提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號的邏輯電平轉換功能。

如果HPR信號為邏輯高電平(標稱值+5V)，則該邏輯高電平會出現在連接至MCU的引腳上，并保證該引腳的邏輯電平與MCU電平兼容，因為MAX4929E的基準引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入端口上具有+5V信號，則MCU就收到與TTL電平兼容的信號，然后MCU發出HPD信號。MAX4929E將HPD信號“導引”到正確的HDMI器件上，并且在所連接的器件上產生與TTL電平完全兼容的信號。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產生同相的邏輯0或1(TTL兼容電平)。使用其輸入，可確保該信號是邏輯電平兼容的，因為其基準連接至MCU的同一電源。

圖2：MAX4929E的典型電路連接圖。

除了與包含兩路高頻輸入的T_MDS器件協同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關組成芯片組，以便支持兩組T_MDS信號輸入，并將它們集成到單個設備中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設備提供第二組輸入。

本文小結

MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關中所有低頻信號的切換，并為所有外部引線提供高級別的ESD保護。MAX4929E可以與EDID EPROM配合使用，支持+5V信號電平輸入，輸出可箝位至+3.3V以匹配EDID。此外，MAX4929E消除了一條電纜的電容影響，所以DDC輸出每次僅與一組DDC連接。MAX4929E還具有第3個輸入電壓，此輸入電壓可連接至系統MCU的同一個電源上，這一特性可確保SEL、HPR和HPD信號兼容MCU的邏輯電平。MAX4929E可處理實現2:1 HDMI或DVI開關所需的全部切換、邏輯電平匹配以及ESD保護功能，還可增強MAX4886，以實現完整的單路輸入設備切換功能。