前言

  HDMI:高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface）是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。广泛应用于机顶盒、DVD播放机、高清电视、台式电脑、投影仪等设备。而且HDMI向下兼容DVI（Digital Visual Interface，数字视频接口），DVI只能传输视频信号。HDMI和DVI接口协议在物理层均使用TMDS标准传输音视频数据。
  TMDS:最小化传输差分信号（Transition Minimized Differential Signaling）。是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，前8位数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡（指在编码过程中保证信道中发送0和1的数量保持一致，使直流偏置为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。

一、HDMI接口引脚及类型

  1.HDMI接口分类见下表：

  2.HDMI引脚线序见下表：

  3.HDMI引脚说明：①HDMI由三对TMDS数据和一对TMDS时钟组成，具体见上表。
   ②13为CEC引脚:消费类电子控制（consumer electronic control）），类似一种扩展的HDMI功能，供厂家自己定制HDMI消息，（比如说你有一台sony的DVD与TV，两者用HDMI线接上，如果你用TV的遥控器可以控制DVD，另DVD执行某种功能，那么该功能的命令信号就是通过TV与DVD间的CEC引脚传输的），HDMI的CEC管脚采用单线模式通信。
   ③15-16 为I2C引脚，DDC_SCL和DDC_SDA用处:主要用于HDMI源端设备（Source）与接收端设备（Sink）之间进行EDID数据及HDCP密钥的交流。通过HDCPKey的交流，可以实时的进行数据流的内容保护认证，从而达到数据内容保护的目的。注意：HDMI的DDC_SCL和DDC_SDA需要上拉到5V电平，若要和控制器通信时注意电平的转换。
   ④19为Hot Plug Detect引脚：该引脚为热插拔引脚。当接上接口时通过电平就可以判定设备是否存在，以进行后续工作。HDMI source device（HDMI HPD）会监测sink device的Hotplug端口。如果Hotplug为High，则证明设备已连接，然后去读取DCC，如果为low，则证明设备已断开。HPD信号的实现一般是在HDMI的Sink端，通过一个1K欧姆的电阻上拉到HDMI +5V，同时，本地的处理器可以通过一个GPIO来控制它。

  3.HDMI传输速度见下表：

  目前HDMI 2.1 标准的理论带宽可达 48Gbps。
  

二、TMDS信号特性

1.TMDS传输原理

  TMDS的工作原理如下图所示，其源端由一个10mA的恒流源驱动一对差分信号，接收端需要将差分信号分别通过RT(50Ω)上拉到3.3V,由于接收端为高阻抗输入，所以几乎所有的驱动电流（10mA）通过3.3V—>RT—>发送端。即在电阻RT上产生500mV（10mA×50Ω=500mV）的电压，由下边电路可知，一条线开关导通，相对于地的电压为2.8V（3.3V-500mV=2.8V）,另一条电路处于断开状态，即对地电压为3.3V。当源端驱动状态反转变化时，流经匹配电阻的电流方向改变，于是在接收端产生高低逻辑状态的变化。即TMDS在接收端产生差分摆幅为-500mV—+500mV，而产生的直流偏置为2.8V。

2.TMDS传输组成

  HDMI传输信号由三对TMDS差分信号（分别传输R,G,B信号）及一对TMDS时钟信号组成。

  1.TMDS信号发送器：内部由10mA的恒流源驱动，将非平衡传输的TTL 信号转换成平衡传输的TMDS 信号。
  2.TMDS信号互联器：PCB 走线或者传输电缆，为了保证信号传输的质量差分互联器一般要求100Ω的传输阻抗（若阻抗不匹配可能会引起信号的反射等，影响信号传输质量）。
  3.TMDS信号接收器：高阻抗输入，需要在接收端上拉50Ω电阻到3.3V，为驱动端的恒流源提供电流和回路。使之产生直流偏置为2.8V，差分电压摆幅为±500mV的TMDS信号。
  TMDS信号标称电压变化为500mV，而TMDS差分信号电压摆幅可在150mV—1200mV之间变化，而偏置电压由Sink端提供。

三、TMDS信号PCB设计

  1.信号阻抗：差分传输线的特性阻抗为100Ω，防止信号的反射等问题。
  2.器件放置：ESD器件靠近HDMI放置，共模电感靠近ESD器件，匹配电阻并排放置，匹配电阻起防ESD作用和微调阻抗用途，通常靠近插座放置。
  3.信号线宽：差分对组内控制在5mil以内，组与组之间间距至少20mil以上；使用立体包地处理(组与组之间包地&组内差分线包地)，需要有完整的参考平面；
  4.信号回路：信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路，邻近GND层走线，空间足够的情况下进行包地处理，包地线离差分线间距满足差分线宽的3倍（中心到中心），铺铜离差分线20mil。
  5.信号走线：差分阻抗控制为100欧姆（+/-10%），单端走线控制50欧姆；尽可能使用尺寸最小的信号线过孔和HDMI连接器焊盘，因为其对 100 差动阻抗产生的影响较小(推荐使用过孔8mil/16mil)；尽可能使HDMI连接器和器件之间的电气长度保持最短，从而使衰减最小化。

四、总结

  HDMI接口协议在物理层均使用TMDS标准进行音视频数据的传送。而TMDS的差分摆幅为±500mV（TMDS差分电压可以再150mV—1200mV之间变化），直流偏置为2.8V（而直流偏置电压由Sink端提供），TMDS的Sink端需要接50Ω的上拉电阻到3.3V，而Soure端的恒流源为10mA，电流方向是由Sink端到Soure端。