双路/多路输入接收器降低设计成本

如今越来越多的数码相机和数码摄像机能提供高清晰照片和视频，高清DVD播放机和PC在大屏幕DTV上播放高清视频的需求也日益激增，因此DTV需要多个HDMI接口来满足这些显示需求。在设计带有多个HDMI接口的设备时，选择双路输入或者多路输入HDMI接收器有助于降低成本。这些器件包括恩智浦(NXP)半导体的TDA19978、晶瀚科技的CAT6023、瑞萨科技的R8J66030FT、Silicon Image的SiI9223、ADI的AD9388A。这些芯片在支持多个输入端口的同时，还集成了更多功能。

NXP的四路输入HDMI 1.3接收器TDA19978在四个独立HDMI输入中分别嵌入了扩展显示识别数据(EDID)存储器，能降低高清电视的总体成本。它的最大链路频率为2.3GHz，支持所有的高清电视格式，如1080p/60Hz电视格式和60Hz电脑显示分辨率下的UXGA格式。

ADI公司的AD9388A集成了一个12通道模拟输入设备均衡器和一个双路输入HDMI 1.3接收器。该器件还嵌入了宽带数字内容保护(HDCP)密钥存储和EDID RAM，与分立解决方案相比，可降低总系统复杂度和成本。

瑞萨科技的R8J66030FT HDMI 1.3接收器在一个芯片中提供三个输入端口和CEC控制功能，支持36位深色和1080p操作的225MHz运行速度。该芯片采用一个均衡器对接收到的信号进行整型，可通过长距离HDMI电缆实现高速运行。
“HDMI 1.3接收器、发射器和开关都必须支持高速TMDS内核，以兼容HDMI 1.3规范。在HDMI 1.2规范中，传输1080p/24b信号要求150MHz的时钟，而在HDMI 1.3中，支持1080p/36b深色信号要求时钟频率为225MHz。”Silicon Image公司的产品营销经理Waheed Rasheed表示。该公司的四路输入HDMI 1.3接收器SiI9223采用了最新一代的TMDS内核技术，可自动检测输入信号要求的合适均衡，为长线缆联接提供支持。

针对是否需要采用集成的HDMI集成方案，Waheed Rasheed认为当终端产量小于500万台时，采用分立的HDMI IC具有成本效应；当终端产量大于500万台时，将HDMI IP内核集成在SoC中将更有成本优势。

面向便携应用的发射器功耗低至50mW

在手机、PMP、数码相机、数码摄像机上实现HDMI接口功能的一个重要考虑因素是HDMI发射器的功耗要尽可能低，以便在与HDTV相连接时，显著延长HD视频的播放时间。HDMI接口芯片功耗的大大降低，使HDMI接口集成在便携式电子设备中成为可能。

Silicon Image的低功耗VastLane HDMI发射器SiI9022与SiI9024均可支持高达720p与1080i的清晰度，输出720p/1080i信号时的功耗仅为50mW，输出1080p信号时的功耗仅为80mW。此外，这些发射器还集成了CEC功能，可以省掉一个外部MCU。

ADI公司的AD9387也是一款低功耗HDMI 1.3发射器，适合于720p/1080i分辨率的高质量视频格式。AD9387在80MHz时功耗仅100mW，在待机状态功耗仅20μW。新发送器版本AD9387NK由于使用外部HDCP密钥可进一步降低成本和系统设计复杂性。ADV7520NK则在AD9387NK的基础上增加了CEC支持，能够延长视频设备的电池寿命。

硅谷数模半导体推出的HDMI发射器ANX7160在输出720p/1080i视频时，功耗不到50mW，即使输出1080p视频，功耗也不到100mW。

缓冲器使接线柱的位置安排更灵活

DTV和多媒体监视器除了控制板里面常设的HDMI接线柱之外，控制板侧面和前面还可能装有与数字摄像机和便携式DVD播放器相连接的HDMI接线柱。由于噪声和EMI的原因，图像信号处理的处理器与HDMI接收器之间的连线不能太长，这将影响接线柱位置的安排。但通过采用缓冲器，即使HDMI接线柱与HDMI接收器有一定距离，也可以充分驱动传输信号，实现稳定的HDMI通信。

ADI公司的AD8196和AD8197提供12dB均衡TMDS，允许消费者用20多米电缆连接最高分辨率的设备。这两种器件还具有内置辅助的多路复用器，包括集成的TMDS缓冲器和50Ω终端，从而能减少元件数量和PCB面积，并改善信号完整性。

ROHM公司的高性能HDMI缓冲器IC-BU16014KV除了包含有均衡器、高速差动驱动器之外，还有供显示器ID信号使用的DDC缓冲电路，可以实现高可靠性的数字通信。内置的均衡器可以对电缆和连接器造成的信号衰减和失真予以补偿校正，实现高精度阻抗匹配。

Linear(凌力尔特)公司的双向总线缓冲器LTC4307-1在HDMI源装置和接收装置之间提供电容缓冲和电平转换。LTC4307-1具有低于10pF的数据和时钟输入电容，并具有电容缓冲功能，使设备能非常容易地通过HDMI DDC输入电容符合性测试。

选用HDMI开关须考虑三个问题

在现有的带单个HDMI接口的高清显示器产品设计基础之上采用HDMI开关，能实现最短的设计周期和最低的总体系统成本，因为这种设计无需使用更新、更昂贵的多输入接收器，就可以对现有单HDMI输入端子设计迅速进行升级。

选择HDMI开关时需主要考虑以下三个问题：1. 导通电容/导通阻抗。HDMI/DVI开关的导通电容应该很小，当面对导通电容/导通阻抗的折衷问题时，应当选择较低的导通电容，因为导通电容对系统性能的影响相对较大。2. 开关带宽。HDMI/DVI开关必须具有至少825MHz带宽。如果开关不能达到这种性能，将会使数据流严重衰减，导致HDMI或DVI接收器无法对数据进行恢复。3. 阻抗匹配。HDMI/DVI开关不可能完美地匹配传输线的线阻抗，但是这些开关仍可通过设计使信号反射减至最小。通过选择具有低导通电容和导通阻抗的HDMI开关，可以将总系统反射降至最小。

Maxim公司的产品定义师Fred Zlotnick表示：“HDMI 1.3的深色模式对带宽要求远远超过了一些开关所能提供的带宽，Maxim的MAX4886和MAX4929两个成对的开关器件，分别用于处理HDMI信号的高频和低频部分。MAX4929E对所有外部I/O均提供高达±15kV的ESD保护，从而无需进行外部保护。”他指出：PCB走线具有很大损耗，因此设计工程师必须使用阻抗受控且匹配的走线，确保高频线匹配100Ω，并使信号线长度最短。

德州仪器(TI)的高级技术市场开拓工程师刘学超则认为，HDMI开关在满足更高数据速率要求和具有更高ESD保护等级的同时，最好具有缓冲器作为输入均衡，以支持多种输入线缆长度。TI的TMDS351三端口开关与TMDS251双端口开关的TMDS输入采用ESD 8kV(人体模型)保护电路，能连接器提供较高的ESD保护等级。这些器件在每个端口上都集成了四个TMDS通道，每个TMDS通道均支持高达2.5Gbps的信令速率。新型HDMI/DVI开关提供可选的接收机均衡功能，以支持多种输入线缆长度。

ROHM公司的3输入转换高性能HDMI开关IC-BU16008KV由于内置了均衡器，在进行2.25Gbps的高速率传输时也能得到高质量的传输波形，即使使用20m长电缆也能稳定传送数字图像和声音。该器件的人体模型ESD保护等级达到10kV。

ST的STDVE003A是一个专门为高性能TMDS数据传输设计的主动数字多路复用器，可以配置成一个3:1开关。该芯片内置一个均衡模块用于接收和均衡输入信号，然后再将其发送到下一个单元，从而增强了信号的完整性。

飞兆半导体的1.65Gbps的HDMI开关FSHDMI04具有额定8kV ESD保护等级，它提供最低的导通电容(典型值6.0pf/峰值7.0pf)，并满足HDMI延迟差规范中每组差分信号中两根信号线的时延，以及每组差分信号线组与组之间的时延。这些特点能协助设计工程师在现有的显示应用产品电路中添加第二个HDMI输入，而无需改变应用的内部结构或针对额外功能重新设计。

ESD保护和EMI噪声抑制方法

HDMI等高速数据端口的ESD保护是一项非常艰巨的任务，因为在高速数据速率下，保护电路带来电容性负载会大幅度降低信号的完整性。安森美半导体的资深应用工程师Baljit Chandhoke说：“确定ESD保护二极管对信号完整性影响的关键方法是查看眼图和插入损耗图。当进行插入损耗测试时，ESD保护二极管ESD7L5.0DT5G在3.4GHz频率下的衰减为0.68dB。它还具有超低箝位电压和0.5pF超低电容，并能将数千伏的IEC61000-4-2 ESD输入脉冲在数纳秒内箝位至低于10V。”

Semtech公司保护产品部产品营销工程师Grace H. Yang详细说明了ESD保护元件的选型原则：“1. 击穿电压应尽可能接近IC的工作电压，这样一旦电压稍高于正常工作电压，ESD保护器件便能快速导通。2. 箝位电压应尽可能低，防止受保护IC上的电压超出正常工作电压太多，箝位电压还应低于导致器件失效的破坏电压。3. ESD保护器件最好有超低电容负载，以尽量减少由于电容负载引起的阻抗失配。4. 泄漏电流也是一个考虑因素，泄漏电流必须尽可能低。”

Semtech公司的瞬态电压抑制器(TVS)二极管阵列RClamp0524P的I/O引脚间的典型电容值仅为0.3pF，对高速信号线的影响微乎其微，因此当将它用在工作频率超过3GHz的电路中时也不会引起信号劣化。Grace H. Yang推荐将ESD保护器件布置在外露接口的正背后，这样当发生ESD事件时，过压/过流将立即被ESD器件转移到地，保护IC不受影响。

对于ESD保护元件寄生电容的具体要求，东电化(上海)国际贸易有限公司(系TDK公司注册在上海的独资企业)技术部经理镰形利通表示：“ESD保护元件的寄生电容因视频的清晰度要求而异，在传输速度为1080p/8b(1.485Gbps)条件下，电容低于1pF即可。如果最大传输速度为1080p/12b(2.225Gbps)，则寄生电容必须在0.5pF以下。”TDK的低电压变阻器AVF16系列可满足HDMI接口的ESD保护需求。

除了分立的ESD保护元件，还可选择单芯片ESD保护解决方案，这些器件集成了多个分立元件，提供更多功能和线路匹配。比如：TI公司的TPD12S521确保双信号差分线对之间的良好匹配，与分立ESD解决方案相比，这是一个直接的优势，因为两个不同ESD箝位器之间的变化可能大幅降低差分信号质量。TPD12S521还提供了一个额定输出电流为55mA的片上稳压器，当输出为5V和55mA时，最大过流保护输出电压降是100mV。

NXP的高集成度ESD保护芯片IP4776CZ38配备有逆向驱动保护及针对I2C、CEC和HPD信号的四个双向3.3V至5V电平转换器。线路电容总共只有0.7pF，TMDS对地电容低于0.05pF。IP4776CZ38集成了20多个分立元器件。

泰科电子推出了用于HDMI 1.3接口的ESD和过电流保护参考设计。该参考设计采用泰科电子的低电容(信号对地的电容为0.25pF)PESD保护器器件来实现ESD保护，采用PolySwitch nanoSMD器件来实现+5V电源的过电流保护。

针对很多在HDMI硅片上集成ESD保护电路的现象，Semtech公司保护产品部营销副总裁Tom Dugan认为虽然集成ESD解决方案可降低BOM成本，但系统级的ESD/CDE保护不太可能被集成。其原因有二：1. 片上ESD保护电路要占用宝贵的芯片面积，对在小体积芯片中提供多功能和高性能不利。2. 虽然经过仔细设计的片上ESD保护可以作为极好的二级保护措施，但基于整个系统中保护器件的位置，片外ESD保护很有必要。通常片上保护电路离接口入口点太远，当ESD导致的瞬时感应信号通过这些接口时，它们会被耦合到相邻走线上，包括数据线、时钟信号线和电源线。

安森美半导体技术营销经理Lon Robinson也认为ESD保护元件将难以集成到单芯片解决方案之中，因为将保护元件与IC隔离时，ESD保护是最有效的。但他相信集成会越来越多，例如HDMI开关很可能与接收器集成，从而产生HDMI收发器的集成硅解决方案。

尽管HDMI具有低辐射噪声的优点，但事实上EMI噪声问题有时还是会发生，因为IC和外部电路中的耦合或来自差分信号的模式转换都会引发共模噪声。为抑制这些EMI噪声，采用共模扼流圈非常有效。

“为保持良好的信号质量，需要提高差分模式下的截止频率，因为在较低截止频率下，高频率时的高差分阻抗容易造成信号失真。共模扼流圈及其摆放位置的选择取决于信号频率、外围电路和外围器件。选用的共模扼流圈必须具有较高性能，不能产生信号衰减，还要有很好的时域反射性能。通常HDMI 1.3要求共模扼流圈具有10dB衰耗值或工作频率超过3GHz。”村田公司的EMI静噪滤波器产品副经理谭斌表示。

村田公司针对EMI噪声、信号完整性和时域反射性能开发出一种适合HDMI 1.3的共模扼流圈高效使用方法。DLP11SA900HL2和DLW21SN900HQ2所用的电路进行了良好阻抗匹配，可提供良好的幅射噪声抑制性能和波形质量。