如何实现HDMI/DVI开关所需的信号切换和电平匹配

视频传输经历了从模拟到数字的根本转变，VGA和分量视频等模拟视频链路正在被HDMI和DVI取代。这两种数字视频传输标准的要求几乎完全相同，它们必须同时处理一组高频和低频信号。这两种标准均采用最小跳变差分信号(T_MDS)传输数据的高频(视频)部分。T_MDS信号采用四个差分对传输R、G、B和时钟，占用19针连接器的8个引脚。HDMI和DVI设计为“即插即用”，即监视器(接收端)和视频源连接在一起，并一同寻找以最佳性能协同工作的方法。许多新型T_MDS HDTV芯片具有两套完整的高频(T_MDS)输入，但无法处理低频信号。

HDMI/DVI基本原理

为实现HDMI和DVI系统中的“即插即用”功能，源端(通常是一台电脑、DVD播放器或游戏机)和接收端(通常是监视器或接收机)必须连接起来。HDMI和DVI借用视频电子标准协会(VESA)的开放标准，采用数字显示通道(DDC)、一个被称为热插拔检测(HPD)的新信号，以及一路可以由源端向接收锻提供50mA电流的标准5V信号。在标准的VESA方法中，源端寻址EDID(扩展显示标识数据)EPROM。该EPROM器件包含接收设备的品牌、型号以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必须至少有一种相同的显示模式，以便二者协同工作。图1为通过HDMI/DVI连接器连接源端与接收端的EDID EPROM电路原理图。

图1：通过HDMI/DVI连接器连接源端与接收端的EDID EPROM电路原理图。

在图1中，给出了作为四个差分对连接的T_MDS信号、+5V、HPD以及DDC信号。DDC信号连接至EDID，EDID电源由接收端内部提供。该图说明了源端和接收端的通用连接模式。源端和接收端通过I2C兼容的DDC线路进行通信。1980年推出的I2C规范是+5V规范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存储所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V电源时，典型的低成本EDID EPROM不具备+5V耐压。因此，EDID EPROM器件必须工作于+5V电源，或者外部带有+5V保护。

为了在两路HDMI/DVI源之间切换，设计工程师必须处理两路不同的信号：T_MDS高频信号和前面提到的低频信号。一些新型HDMI处理器具有两组可处理高频T_MDS信号的输入端，但是无法处理电压相对较高的低频信号。Maxim公司的MAX4929E可在处理上述低频信号时提供最大的灵活性和选择性。

在低频视频信号源之间的切换

利用MAX4929E进行设计，所有与外部连接器连接的信号都具有±15kV HBM(人体模型)保护措施。这种高级别的ESD保护通常可以省去各引脚的额外保护措施。MAX4929E允许接入两组DDC信号，并选择其中一路输入。这种源切换可实现多种功能，比如：为信号提供ESD保护；同一时刻只选通一个源端并提供逻辑电平箝位，以避免EDID EPROM端的电压不会出现高于其电源电压。MAX4929E仅消耗极少的电流，源端设备提供的+5V即可满足其需求。

MAX4929E没有特殊的上电顺序要求，因此设计工程师不必担心某个源设备开启而其它源设备关断时会出现问题。由于一些原因，源设备之间的切换功能非常必要，该功能不仅可以控制连接哪个接收端，还可以防止第二条电缆加载I2C总线。后一个优点解决了两路源设备同时连接至一个负载时，可能出现的主机冲突和额外的容性负载(每条电缆的分布电容为200pf/m)问题。

如果将第二条2m长的电缆连接到主电缆上，将会超过最大分布电容限制为700pf的规范要求。通过使用开关，I2C驱动器在同一时刻只驱动一个负载，这样，即使连接两条3m长的电缆也不违反规范要求。

在大多数系统中，MCU控制各种操作。MCU必须确定输入是否有效，然后在EDID握手之后，返回一个与TTL电平兼容的HPD信号。MAX4929E的这个功能可解决HPD输出端的ESD保护问题，允许MCU确定所选的HDMI输入是否已连接，并提供从低电压MCU至5V TTL兼容信号的逻辑电平转换功能。

如果HPR信号为逻辑高电平(标称值+5V)，则该逻辑高电平会出现在连接至MCU的引脚上，并保证该引脚的逻辑电平与MCU电平兼容，因为MAX4929E的基准引脚连接至MCU的电源。如果在选中的输入端口上具有+5V信号，则MCU就收到与TTL电平兼容的信号，然后MCU发出HPD信号。MAX4929E将HPD信号“导引”到正确的HDMI器件上，并且在所连接的器件上产生与TTL电平完全兼容的信号。MAX4929E接收低电压MCU的逻辑1或逻辑0，并且为HPD产生同相的逻辑0或1(TTL兼容电平)。使用其输入，可确保该信号是逻辑电平兼容的，因为其基准连接至MCU的同一电源。

图2：MAX4929E的典型电路连接图。

除了与包含两路高频输入的T_MDS器件协同工作外，MAX4929E还可与MAX4886 HDMI/DVI视频开关组成芯片组，以便支持两组T_MDS信号输入，并将它们集成到单个设备中。MAX4886/MAX4929E芯片组可为单路输入设备提供第二组输入。

本文小结

MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI开关中所有低频信号的切换，并为所有外部引线提供高级别的ESD保护。MAX4929E可以与EDID EPROM配合使用，支持+5V信号电平输入，输出可箝位至+3.3V以匹配EDID。此外，MAX4929E消除了一条电缆的电容影响，所以DDC输出每次仅与一组DDC连接。MAX4929E还具有第3个输入电压，此输入电压可连接至系统MCU的同一个电源上，这一特性可确保SEL、HPR和HPD信号兼容MCU的逻辑电平。MAX4929E可处理实现2:1 HDMI或DVI开关所需的全部切换、逻辑电平匹配以及ESD保护功能，还可增强MAX4886，以实现完整的单路输入设备切换功能。