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一、真的了解HDMI吗？

HDMI= High-Definition Multimedia Interface，高分辨率多媒体接口

是当前最主流的数字音视频接口

核心用途：一根线同时传输数字视频 + 数字音频 + 控制/协商信息。

特点如下

一线通：视频、音频、控制、网络可同时传输。

数字高清：支持 1080p、4K、8K，HDR、广色域、高刷新率。 多声道音频：支持 Dolby、DTS 等，eARC 可回传无损音频。

版本兼容：接口外形兼容，但功能取决于设备版本和线材。

HDMI 1.4：4K@30Hz、ARC、以太网通道。

HDMI 2.0：4K@60Hz、HDR、18Gbps。

HDMI 2.1：8K@60Hz、4K@120Hz、48Gbps、VRR、ALLM、eARC。

控制与保护：CEC 可联动开关设备，HDCP 保护版权内容。

接口多样：标准 HDMI、Mini HDMI、Micro HDMI。

典型结构：

传统 Type-A 的 1～12 脚就是四组高速差分相关线路；13～19 脚负责控制、DDC、电源、热插拔和 HEAC。

HDMI工作逻辑

① 插线
↓
② Source 提供 +5V
↓
③ Sink 拉起 HPD
↓
④ Source 通过 DDC 读取 EDID
↓
⑤ 双方确定：
分辨率
刷新率
色深
RGB / YCbCr
HDR
音频能力
TMDS / FRL能力
↓
⑥ 高带宽 FRL 模式进行链路训练等
↓
⑦ 如果内容受保护 → HDCP认证
↓
⑧ 建立高速数据链路
↓
⑨ 视频 + 音频开始传输

二、HDMI外围原理图设计

在本设计中，需要HDMI来传输视频图像，只需4K@60，选用标准HDMI (Type A)连接器即可

1.参考原理图如下

2.注意

三对差分高速信号和一对时钟信号

采用esd73034d来做静电防护，它本质上是一个电路保护芯片，当接口线路遭遇静电（ESD）或浪涌电压时，它能迅速将过高的电压钳位在安全水平，并将瞬时大电流泄放掉，从而保护后级敏感芯片不被击穿。此外，这款芯片的结电容只有0.13pF，对信号完整性影响极小。

13～19 脚中负责eARC、DDC、HPD热插拔和 CEC

采用ESD保护二极管esd5341n，保护高速数据接口（低速线（SCL、SDA、HPD用的 ESD5341N 就没有这么苛刻的要求）免受静电放电（ESD）损坏而设计，区别于上面这款芯片的是，它是一款单通道保护器件。

DDC

这是一路 I²C，板子通过它读取显示器的 EDID，从而知道显示器支持哪些分辨率。

CEC 和 eARC（本设计不用）

CEC 用于电视遥控联动。 eARC 用于电视把声音传回板子，它借用了 14 脚，以及 19 脚（和 HPD 共线，所以 HPD 那里才要串 1.2k 做隔离）。

HPD

显示器插上后，会把座子 19 脚拉到约 5V

电压先经 R311（1.2k）进来，R313（47k）是下拉，保证没插显示器时读到的是低电平。
然后经过两颗 NMOS管2SK3018（Q16、Q15）：每一级都会把电平反相一次，两级下来极性不变。同时电平被转换成 1.8V，送到 HDMITX0_HPDIN_M0，系统据此判断"显示器插上了"。

对于NMOS管2SK3018的选择

关键在于——————Vgs(th) 最大值

HPD两级MOS原理

由于，SoC 引脚（1.8V IO）要读成"插上了"，分压后的电压必须落在 1.2–2.1V 这个窗口

19 脚的电压可能是 2.0–5.3V 之间的任何值，但是如果采用分压电阻，分压电阻在 1.8V 域里凑不出合适的比例,k 取小了，低电压那头读不到；取大了，高电压那头超压.

假设用分压比 k 把 19 脚电压降到 1.8V 域：

19 脚最低 2.0V 时，分压后必须高于 1.8V IO 的高电平门限（约 1.2V），所以 k ≥ 0.6。
19 脚最高 5.3V 时，分压后不能超过 IO 的耐压（约 1.8V + 0.3V = 2.1V），所以 k ≤ 0.4。

k 不可能同时满足 ≥ 0.6 和 ≤ 0.4。换句话说，用分压，2.0–5.3V 的整个范围兼顾不了。

MOS为什么可以?

MOS 不是按比例缩小，而是一个"开关"：19 脚电压只要超过约 1V，MOS 就导通；低于这个值就关断。输出电压和输入是多少无关，只由上拉电阻决定，永远是 0V 或 1.8V。

电路里的电压和电流

HDMI0_TX_HPD_PORT栅压 = 19 脚电压 × 47k ÷ (1.2k + 47k) ≈ 0.975 × 19 脚电压。19 脚为 2.0V 时，栅压约 1.95V；为 5.3V 时，约 5.2V。

从电视 HPD 取的电流 ≈ 5V ÷ 48k ≈ 0.1mA。电视端的 HPD 一般经 1k 驱动，压降只有约 0.1V，影响可以忽略。

差分信号电路分析

对于传统 TMDS：显示器靠源端"吸电流"来建立电平

HDMI 2.0 及以前的 TMDS 标准是这样规定的：显示器（接收端）在每根线上接 50Ω 电阻上拉到 3.3V，发送端是一个电流开关，直接连在线上，往地里"吸"约 10mA 电流：

3.3V ─ 50Ω ─┬─ 线 ─── 发送端（开关吸电流，接地）
显示器内

吸电流时，线上电压 = 3.3V − 50Ω × 10mA = 2.8V

不吸电流时，线上电压 = 3.3V

所以每根线在 2.8V 和 3.3V 之间跳动，平均直流电平约 3.0V。HDMI 规范对这个直流电平有明确要求

但是由于本设计中，HDMI是挂载在RK3588上的，对于RK3588 的 HDMI 发送器只支持 AC 耦合，所以每根线上都串了 220nF 电容。电容隔断了直流，显示器那边的 50Ω 上拉就没有电流可流了，线上的直流电平会停在 3.3V。这不符合规范要求的约 3V，有的显示器会识别不到信号或者工作异常。

所以在电容的座子侧接499R到地，就模拟出了传统发送端的平均吸电流

电流 = 3.3V ÷ (50 + 499)Ω ≈ 6mA

线上直流电平 = 3.3V − 50Ω × 6mA ≈ 3.0V

高速信号经电容过去，直流电平由 499Ω 来建立，两者互不干扰。采用 MOS 管WNM6002-3/TR串在 499Ω 下面当开关：TMDS 模式下导通，关闭或 FRL 模式下断开

WNM6002-3/TR参数要求

Coss = 7.33pF：MOS 关断时起作用

FRL 模式下 MOS 关断，目的是把 499Ω 这条对地支路"断开"。但关断的 MOS 漏极对地仍然有 Coss 这个电容，高频信号可以经 499Ω 再经 Coss 漏到地。

以 FRL 12Gbps 为例，基频约 6GHz，7.33pF 的容抗只有：

1 ÷ (2π × 6GHz × 7.33pF) ≈ 3.6Ω

也就是说，对高频信号来说，这个"断开"其实不彻底。Coss 越大，关断效果越差，线路上的损耗和反射也越大