实现快速频道转换的多HDMI接口设计
2010-12-18 11:23:50
来源：《半导体器件应用》2009年6月刊
1 前言
随着消费电子技术的发展，家庭影音娱乐系统已经不再是简单的电视机+DVD 模式，而是通常包括电视机、机顶盒、蓝光DVD、硬盘存储播放器、PS3或Xbox等等。这样，目前的HDTV通常都有不止一个HDMI接口，一些中高端电视开始有3个或者4个HDMI接口。因此，高清晰数字电视（HDTV）的主芯片发展趋势是集成一个HDMI接口，外加低成本的开关以实现3至5个源端口的扩展。
不过，在电视机中集成多个HDMI接口会带来一个新的问题：HDMI在进行传输前有一个数秒的HDCP认证过程，因此当在不同的HDMI源之间切换时，通常要4秒到7秒的时间。为解决这个问题，Silicon Image推出了InstaPort技术，也就是预认证（Pre-Authentication）技术。当源设备连接至电视时，HDCP 授权过程并非立即执行，直至该源设备在被数字电视选为输入时才开始。但支持 InstaPort 技术的 DTV 可以在连接源设备后立即执行 HDCP 授权路由。因此，当用户选择源设备时，将即时播放内容（通常在1 秒之内），无需等待 HDCP 授权。
2 SiI9287 端口处理器
SiI9287 端口处理器就是支持InstaPort 技术的一款产品。SiI9287包括四个支持 InstaPort 技术的 HDMI 1.3 输入，支持InstaPort、自适应均衡、移动高清连接技术（MHL）等最新技术。SiI9287的InstaPort功能为用户解决了快速HDMI端口切换与显示的难题，而增加的成本却有限。随着具有快速频道转换功能的HDMI方案很快会成为市场主流，全球电视厂商将在2009年下半年陆续推出带InstaPort功能的电视机。
3 SiI9287 系列的性能特点
SiI9287系列的主要优点体现在以下诸方面。
(1)基于Rx+Tx模式
SiI9287系列芯片被Silicon Image定义为端口处理器，以与普通的基于多路器的HDMI开关区分开来。与这些基于多路器的HDMI开关不同，SiI9287系列芯片具有完整的HDMI Tx和Rx内核，从而确保了HDMI连接的高可靠性与无差错传输。由于低质量源端或过长线缆传输的影响，基于多路器的HDMI 开关有时会无法正常工作，或无法有效改善已经被严重衰减的信号。SiI9287则可确保HDMI链接的可靠性，并能完美地再现信号。
(2)预认证与快速频道转换
SiI9287内建有两路 T_MDS管道（pipeline）与两个HDCP模块。在一路T_MDS管道与一个HDCP模块完成正常的接收与显示功能的同时，另一路T_MDS管道与HDCP模块可对其余端口进行扫描并完成HDCP预认证，从而在切换HDMI端口之时能够做到无延迟显示。与普通HDMI 开关具有 4秒~7秒的切换时间相比，支持InstaPort功能的SiI9287在不到1秒的时间里实现HDMI端口间的切换与显示。InstaPort技术是受到Silicon Image专利保护的技术。
(3)自适应均衡
SiI9287支持自适应均衡。自适应均衡可以做到对长短不同的电缆的自适应。当电缆较长时，均衡幅度自动调高，当电缆较短时，均衡幅度自动调低。与固定幅度均衡相比，自适应均衡不会为了优化对某一长度电缆的接收性能而损失对其它长度电缆的接收性能。自适应均衡技术也是受到Silicon Image专利保护的技术。
(4)电源管理
SiI9287采用电源岛（power island）电源管理技术，确保了待机状态的低功耗（<35mW）。此外，当主机断电时，电源岛可由HDMI线缆上的+5V供电，这样断电时EDID仍为可读，为CEC功能的进一步扩展打开了方便之门。SiI9287内建电源调节器，由单电压供电，简化了电源设计。
(5)CEC功能
SiI9287集成了CEC功能，无须外置CEC器件。此外，CEC API也简化了固件的设计与实现，从而加快了产品的上市时间。
(6)5xEDID
SiI9287为四接口HDMI输入，但集成了5个EDID模块，额外的那个EDID模块可用于VGA接口设计。
(7)MHL与HDMI双模接收
MHL是Silicon Image正在与顶级手机生产商开发的移动高清接口技术。MHL与HDMI同样基于T_MDS技术，SiI9287是一款支持MHL与HDMI双模接收的芯片。
(8)ESD性能
SiI9287接收管脚具有8kV HBM和6kV的IEC61000-4-2 ESD防护能力。
4 方案选择
前面讲到Silicon Images为解决多HDMI接口设计中的HDMI源之间切换的延迟问题，而推出了支持InstaPort 技术的端口处理器SiI9287。
在方案选择方面，SiI9287与四路输入HDMI 1.3接收器SiI9223是应用在不同场合的产品。当主芯片已经集成有HDMI 解码器时，可以使用SiI9287将HDMI端口从一个扩展成多个。当主芯片没用集HDMI 解码器时，可以采用SiI9223来给系统增加多个HDMI端口。
由于SiI9287采用T_MDS输出，其芯片管脚比采用并行总线输出的SiI9223要少很多，所以采用SiI9287的设计会更方便。这种便利性主要体现在：由于管脚数目的减少，设计更方便；内建电源调节器，电源设计更方便，且可节省去偶电容等BOM成本；ESD防护能力更佳，可省去外置ESD器件，有利于节省BOM成本；CEC API可以方便固件设计；输出为差分T_MDS信号，而并非SiI9223的并行数据总线，更方便EMI设计；EDID可以支持VGA接口的设计实现。
此外，基于SiI9287的设计还能节省生产线的人工成本，包括节省EDID烧录时间（以前生产时，每个HDMI端口都要单独人工去烧录一颗EDID， 费时费力）和HDMI端口检测时间（检测4个HDMI端口，仅电视自身切换时间，无InstaPort时需要20秒~40秒，采用InstaPort技术后，会大大提高产线的检测效率）。
随着消费电子技术的发展，家庭影音娱乐系统已经不再是简单的电视机+DVD 模式，而是通常包括电视机、机顶盒、蓝光DVD、硬盘存储播放器、PS3或Xbox等等。这样，目前的HDTV通常都有不止一个HDMI接口，一些中高端电视开始有3个或者4个HDMI接口。因此，高清晰数字电视（HDTV）的主芯片发展趋势是集成一个HDMI接口，外加低成本的开关以实现3至5个源端口的扩展。
不过，在电视机中集成多个HDMI接口会带来一个新的问题：HDMI在进行传输前有一个数秒的HDCP认证过程，因此当在不同的HDMI源之间切换时，通常要4秒到7秒的时间。为解决这个问题，Silicon Image推出了InstaPort技术，也就是预认证（Pre-Authentication）技术。当源设备连接至电视时，HDCP 授权过程并非立即执行，直至该源设备在被数字电视选为输入时才开始。但支持 InstaPort 技术的 DTV 可以在连接源设备后立即执行 HDCP 授权路由。因此，当用户选择源设备时，将即时播放内容（通常在1 秒之内），无需等待 HDCP 授权。
2 SiI9287 端口处理器
SiI9287 端口处理器就是支持InstaPort 技术的一款产品。SiI9287包括四个支持 InstaPort 技术的 HDMI 1.3 输入，支持InstaPort、自适应均衡、移动高清连接技术（MHL）等最新技术。SiI9287的InstaPort功能为用户解决了快速HDMI端口切换与显示的难题，而增加的成本却有限。随着具有快速频道转换功能的HDMI方案很快会成为市场主流，全球电视厂商将在2009年下半年陆续推出带InstaPort功能的电视机。
3 SiI9287 系列的性能特点
SiI9287系列的主要优点体现在以下诸方面。
(1)基于Rx+Tx模式
SiI9287系列芯片被Silicon Image定义为端口处理器，以与普通的基于多路器的HDMI开关区分开来。与这些基于多路器的HDMI开关不同，SiI9287系列芯片具有完整的HDMI Tx和Rx内核，从而确保了HDMI连接的高可靠性与无差错传输。由于低质量源端或过长线缆传输的影响，基于多路器的HDMI 开关有时会无法正常工作，或无法有效改善已经被严重衰减的信号。SiI9287则可确保HDMI链接的可靠性，并能完美地再现信号。
(2)预认证与快速频道转换
SiI9287内建有两路 T_MDS管道（pipeline）与两个HDCP模块。在一路T_MDS管道与一个HDCP模块完成正常的接收与显示功能的同时，另一路T_MDS管道与HDCP模块可对其余端口进行扫描并完成HDCP预认证，从而在切换HDMI端口之时能够做到无延迟显示。与普通HDMI 开关具有 4秒~7秒的切换时间相比，支持InstaPort功能的SiI9287在不到1秒的时间里实现HDMI端口间的切换与显示。InstaPort技术是受到Silicon Image专利保护的技术。
(3)自适应均衡
SiI9287支持自适应均衡。自适应均衡可以做到对长短不同的电缆的自适应。当电缆较长时，均衡幅度自动调高，当电缆较短时，均衡幅度自动调低。与固定幅度均衡相比，自适应均衡不会为了优化对某一长度电缆的接收性能而损失对其它长度电缆的接收性能。自适应均衡技术也是受到Silicon Image专利保护的技术。
(4)电源管理
SiI9287采用电源岛（power island）电源管理技术，确保了待机状态的低功耗（<35mW）。此外，当主机断电时，电源岛可由HDMI线缆上的+5V供电，这样断电时EDID仍为可读，为CEC功能的进一步扩展打开了方便之门。SiI9287内建电源调节器，由单电压供电，简化了电源设计。
(5)CEC功能
SiI9287集成了CEC功能，无须外置CEC器件。此外，CEC API也简化了固件的设计与实现，从而加快了产品的上市时间。
(6)5xEDID
SiI9287为四接口HDMI输入，但集成了5个EDID模块，额外的那个EDID模块可用于VGA接口设计。
(7)MHL与HDMI双模接收
MHL是Silicon Image正在与顶级手机生产商开发的移动高清接口技术。MHL与HDMI同样基于T_MDS技术，SiI9287是一款支持MHL与HDMI双模接收的芯片。
(8)ESD性能
SiI9287接收管脚具有8kV HBM和6kV的IEC61000-4-2 ESD防护能力。
4 方案选择
前面讲到Silicon Images为解决多HDMI接口设计中的HDMI源之间切换的延迟问题，而推出了支持InstaPort 技术的端口处理器SiI9287。
在方案选择方面，SiI9287与四路输入HDMI 1.3接收器SiI9223是应用在不同场合的产品。当主芯片已经集成有HDMI 解码器时，可以使用SiI9287将HDMI端口从一个扩展成多个。当主芯片没用集HDMI 解码器时，可以采用SiI9223来给系统增加多个HDMI端口。
由于SiI9287采用T_MDS输出，其芯片管脚比采用并行总线输出的SiI9223要少很多，所以采用SiI9287的设计会更方便。这种便利性主要体现在：由于管脚数目的减少，设计更方便；内建电源调节器，电源设计更方便，且可节省去偶电容等BOM成本；ESD防护能力更佳，可省去外置ESD器件，有利于节省BOM成本；CEC API可以方便固件设计；输出为差分T_MDS信号，而并非SiI9223的并行数据总线，更方便EMI设计；EDID可以支持VGA接口的设计实现。
此外，基于SiI9287的设计还能节省生产线的人工成本，包括节省EDID烧录时间（以前生产时，每个HDMI端口都要单独人工去烧录一颗EDID， 费时费力）和HDMI端口检测时间（检测4个HDMI端口，仅电视自身切换时间，无InstaPort时需要20秒~40秒，采用InstaPort技术后，会大大提高产线的检测效率）。
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