高清音视系统高速HDMI接口设计方案

HDMI 在成为消费电子的标配接口后也在其它领域如车载显示中逐渐得到了广泛的应用。对于原先不是专业从事消费音视频领域的设计工程师来说，设计高频率HDMI接口有一个学习和实践的过程。文章以ADV7842/ADV7511参考设计方案实例介绍了HDMI输入和输出接口的设计和基本要求，HDMI兼容性测试（HDMI Compliance Test ）的要求，以及常见的问题和推荐的解决方法。

　　近两年HDMI 的应用得到了极大的普及。它已远远走出了传统的电视、投影仪、游戏机和A/V放大器（A/V receivers）的范围而变成了高清数位相机和家庭摄像机的必备接口。它在智能手机和车载显示的应用也正在蓬勃兴起。设计工程师必须对HDMI输入和输出接口的设计要求和兼容性测试（HDMI Compliance Test ）有一个基本的了解，从而在设计电路和PCB的设计时可提前周全考虑以避免重复设计。

　　HDMI I/O端和电源的设计

　　ADV7842 是一款集成了模拟（CVBS，RGB，和YPbPr）和HDMI receiver（HDMI Rx）输入的视频I/O芯片。ADV7511 是一款HDMI transmitter 芯片。下面借用以这两款芯片做成的HDMI I/O参考线路讨论高速高精度视频PCB设计时最常见的问题和推荐的解决方法。图1为ADV7842-ADV7511 AV参考线路方框图，图2为ADV7842-ADV7511 AV参考线路实际PCB。

　　图1 ADV7842-ADV7511 AV参考线路方框图

　　图2 ADV7842-ADV7511 AV参考线路实际PCB

　　HDMI输入端

　　在PCB上HDMI连接端子（HDMI connector）到HDMI Rx 数据输入管脚的长度应减至最短，所以HDMI Rx 芯片置放的位置应尽量靠近HDMI连接端子，如图2所示。过长的连线会受其他外部源的影响而产生噪声。连线短，也有助于控制差分阻抗。HDMI TMDS传输线的差分阻抗要控制在100Ω左右。差分阻抗与板材、板厚、叠层结构、线宽、线距都密切相关。建议用户跟制板商协商相关参数， 在设计时即有所考虑， 避免再次改板或者调整设计。

　　HDMI接收器电源

　　为了达到好的（尤其是传输速度快的高清信号时）设计性能，HDMI Rx的供电电源的设计和布板合理性非常重要。典型的HDMI Rx电源设计要注意到的问题：

　　•模拟线路电源：HDMI Rx 模拟线路 部分

　　–设计时注意将重要电源与其他的1.8V电源用磁珠隔离开来。

　　–电源需配置旁路电容（ADV7842是用10 nf和100nf），电容离电源管脚越近越好。

　　–在接近电流源的地方置放一个大的去耦电容（例如 10uF）。

　　•数字线路电源：HDMI Rx 数字线路部分

　　–设计时注意将重要电源与其他的

　　3.3V电源用磁珠隔离开来。

　　–电源需配置旁路电容（ADV7842是用10 nf和100nf），电容离电源管脚越近越好。

　　•在设计电源PCB布板的时候请特别考虑以下几点：

　　–建议采用独一的接地层（single ground plane）。

　　–在阻抗匹配允许的情况下尽量考虑用顶层或底层作电源和接地层。

　　–在阻抗匹配允许的情况下考虑用尽可能薄的电介质层将电源层和接地层隔开。

　　–在PCB电源层中：应该尽量避免在其它层上以单线连接电源层。如果不可以避免，应该增加适当的旁路电容（bypass capacitors）。为大电流的供电电源走线时， 需考虑其上的电压降。如果某一电源不可以用电源层相连，则用尽可能粗的走线连接，以尽量降低走线阻抗。电源层上未利用的区域， 尽量用地层填充。不同层的电源（比如在模拟电源上方的数字电源层）的耦合应尽量避免。电流的返回路径应确保是低阻抗。

　　•采用旁路电容时的注意事项：

　　–旁路电容应置放在离管脚尽可能近的地方。

　　–连接管脚的线应尽可能短而宽。

　　–连接地的线也应尽可能短而宽。

　　–每个pad在可能的条件下用多于一个的via但via之间的间隔应至少 和 via的深度一样。