HDMI技术在汽车设计中的应用

如何在HDMI RX上实施交流耦合？

在图4中的电路中，HDMI RX为交流耦合，以应对STB和STG故障条件。交流耦合电容阻止共模电压，并保护HDMI Rx以避免在STB和STG条件下损坏。上游HDMI Tx必须为交流耦合，才能让此电路正常工作。如果HDMI Tx为直流耦合，它可能无法检测每个差分对的100Ω电阻的正确端接。RCLAMP0524器件提供必要的ESD保护。2KΩ上拉电阻用作渗漏电阻，必须选择正确的电阻值，以应对在STB和STG条件下增大的电流。例如，在STB条件下：

P= (V2)/R= 182/2000= 0.162瓦


图4：HDMI RX TMDS交流耦合电路

HDMI Rx交流耦合测试

这是适合汽车应用的首选电路；HDMI Rx和Tx AC耦合电容之间的唯一电路是泄漏电阻。此电路经过验证，不受电池短路和接地短路条件的影响。它还通过了最高165MHz频率下的HDMI TMDS兼容性测试，该频率也是ADV7511W上游发送器的上限值。图5显示了数据通道1的差分阻抗测试结果。允许的最大差分阻抗为115Ω，最小差分阻抗为85Ω。


图5：TMDS差分阻抗测试

如何让其他HDMI Rx线路能够耐受STB和STG？

图6 HDMI RX DDC、CEC和 +5V线路的STB 和STG保护电路 显示用于为HDMI DDC线路、CEC和+5V线路提供STB保护的电路。每个线路上都有MOSFET开关。正常工作条件下，一旦向MOSFET的栅极施加+5V电压，它的作用就像开关一样，将源极连接至漏极。如果出现STB条件，MOSFET晶体管栅极的漏极电压将开始上升至+5V以上，从而将其关闭。在选择这种N沟道MOSFET时，有几个重要设计注意事项：

- 它的栅极-漏极和漏极-源极击穿电压必须大于18V。
- 它必须有非常小的输出电容。

- DDC_SCL和DDC_SDA的线路电容必须小于50pF才能通过HDMI兼容性测试。此电容包括来自HDMI连接器的走线电容、由于MOSFET开关产生的总电容、HDMI接收器DDC引脚的电容。

如果漏极至源极的压降大于0.5V，则Vscl（测试ID 8-9）也将会失败。Vscl测试将测量来自DDC SCL的输出电压，且必须在4.5V至5.5V范围内。


图6：HDMI RX DDC、CEC和+5V线路的STB和STG保护电路

HDMI Rx DDC CEC和+5V线路的STB保护电路… 通过HDMI兼容性测试的设计技巧

我们使用几种不同类型的视频源构建和测试此电路。HDMI Tx能够使用DDC SDA和SCL线路读取E-EDID，且HDCP加密工作正常。在实施此电路之前，系统设计人员还需要认真考虑以下几个问题。

CEC线路电阻（HDMI兼容性测试ID 8-13）：此测试可测量PCB上HDMI输入至HDMI输出（如果有）的CEC阻抗。由于此测试在PCB电源关闭的情况下进行，因此测试将会失败。当PCB电源关闭时，MOSFET关闭，使CEC线路断开连接。

CEC线路电容（HDMI兼容性测试ID 8-9）：如果PCB上有多个HDMI Rx，次测试可能失败，具体取决于所选的MOSFET。对于CEC非根器件，测试限值小于150pF。各CEC线路上每个MOSFET开关的电容将会增加，因为它们都会并联。

如何让HDMI TX DDC、CEC和HPD线路能够耐受STB和STG？

图7 HDMI TX DDC、CEC、HPD和5V的STB和STG保护电路 显示让DDC、CEC和HPD线路能够耐受STB和STG条件所必需的电路。它类似于HDMI Rx DDC电路，不同之处在于+5V线路和热插拔检测线路的处理。如果5V线路上发生STB事件，该线路上的二极管将会关闭。选择的二极管应该具备较低的开启电压、快速的开启时间、大于21V的反向击穿电压。4.7KΩ电阻和齐纳二极管可保护热插拔检测线路，防止在STB情况下受损。


图7：HDMI TX DDC、CEC、HPD和5V的STB和STG保护电路

HDMI Tx DDC线路的STB保护电路… 通过HDMI兼容性测试的设计技巧

以上的DDC Tx电路经过验证，并且通过HDMI兼容性测试。HDMI Tx可以使用DDC SDA SCL线路读取下游E-EDID，且HDCP加密工作正常。设计时有一点很重要，+5V线路上的二极管必须具有小于200mV的正向压降，同时电流为55mA，这样才能通过HDMI兼容测试（测试ID 7-11）。

总结

使用ADV7511W HDMI发送器和ADV7612W HDMI接收器来测试本文中所示的全部HDMI电路。它们都是ADI公司提供的汽车应用级IC。

ADV7612W是一种225MHz低功耗双输入HDMI接收器。它支持HDMI 1.4A中定义的所有强制性3D电视格式。它还能够将音频从HDMI流提取至音频输出端口。它的额定温度范围为-40℃至+85℃。

ADV7511W是一种165 MHz HDMI发送器，适合汽车信息娱乐系统应用。ADV7511W支持HDMI v1.4a功能，包括扩展色度、高比特率音频和3D视频。ADV7511W的额定温度范围为-40℃至+105℃。