中心議題：

• HDMI和DVI結口概述
• HDMI / DVI應用規範對比

解決方案：

• 導通電容相對導通阻抗的權衡
• 阻抗匹配以減少反射
• 具有足夠高的頻寬

新一代顯示器需求多個HDMI輸入端子

市場對高解析度顯示器的需求不斷增長。據消費電子協會（CEA）指出，2005年年底有13％ 的美國家庭都擁有數字電視。而到2008年，這個數字會增加到65％。CEA最近一次的調查則指出，有71％ 的家庭表明他們下一個購買的電視將具備數字有線功能。

目前商店裏大多數的高畫質電視（HDTV）都具有高解析度模擬高解析度分量視頻輸入YPbPr輸入端子

，以及單一的高解析度數字輸入端子，如DVI或 HDMI。現在，利用帶有HDMI輸出端子的機上盒（STB）
，許多消費者都能夠接收有線電視公司的數字高解析節目內容。在這種應用中，許多高解析度顯示器中已有單個HDMI輸入端子，因此沒有空間再放置其他HDMI資料源。微軟（Microsoft）和索尼（Sony）的下一代遊戲機都具有HDMI輸出
，讓玩家能盡情享受全數字化的高解析體驗。預期到明年，高解析度DVD標準的大戰將偃旗息鼓

，迫使市場快速採用具有HDMI輸出的高解析度DVD播放器。

上述市場趨勢在在透露出顯示器必須擁有多個HDMIshuruduanzi。xianshiqishejirenyuanyishidaojiayongshuweishebeijijiangchuxianxunmengzengchang，yincizhengzaixiayigegaojiexiduxianshiqichanpinzhongzengjiagengduodeshuzishurubu。suiranshejirenyuannenggouliyonggengangguideHDMI接收器晶片來滿足這個需要，但許多都仍然選擇保留現有的單輸入HDMI接收器
，並使用HDMI / DVI開關來進行轉換
，因為這個抉擇能提供最短的設計周期
，以及最低的係統成本

，而更低的係統成本也將直接驅動HDTV快速普及。

本文將討論使用HDMI開關在現有數字電視設計上增加多個數字HDMI / DVI輸入埠的優點
，同時解釋HDMI 和 DVI之間的區別
，以及HDMI 和 DVI 視頻共用的一些關鍵規格和參數。此外
，本文也將以快捷半導體的相關元件為例
，提供相關設計指引。

係統應用

HDMI開關能夠複製使用現時已具備單HDMI輸入端子的設計，因此有助於簡化設計和降低係統成本。首批受益的應用包括各種格式的高解析度視頻顯示器、CRT、LCD
、DLP和電漿（PDP）平麵顯示器等。無需使用更新更昂貴的雙重輸入接收器
，隻是增加第二個埠，HDMI開關就可以對現有已採用單HDMI輸入端子的設計迅速進行升級。

以FSHDMI04 這類HDMI開關為例，隻需簡單地插入到選定的HDMI接收器和兩個HDMI連接器之間即可。若針對一個完整的解決方案
，還需要切換較高電壓及較低頻率的控製信號，建議使用一個至少165MHz的簡單5V 方型 SPDT開關，例如FSAL200 或 FSAV330。這些控製信號用於接收器（Sink） 和資料源（Source） 之間的首次交換
，而資料源以此來決定接收器能夠處理什麽樣的視頻解析度，隻需要FSHMDI04加上第二個用於控製資料的開關，即可在單輸入設計上完全實現第二個HDMI輸入埠。

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這種配置能讓用戶將數字機上盒（STB） 、遊戲平臺或未來具HDMI功能的高解析度DVD播放機連接到其顯示器上。利用標準的單輸入顯示器

，用戶必須拔去STB才可通過HDMI線纜播放電影或視頻遊戲。對此，用戶還可採用另一種方案，利用HDMI線纜保留STB的連接，並使用模擬高解析度分量視頻輸入（YPbPr）連接DVD播放機或遊戲機。雖然這種方法可以提供高解析度節目內容

，但卻需要在模擬和數字格式之間進行兩次轉換，因此其終端品質會較HDMI提供的純數字連接低。

筆記型電腦也是未來將採用HDMI開關的主要應用之一。現在，許多筆記型電腦都具有適用於現有DVD的標準解析度S視頻輸出端子，但由於預期高解析度DVD標準將會很快獲得接納，加上新一代遊戲機將適用於高解析度遊戲
，下一代筆記型電腦和塢站（Docking Station）轉向HDMI輸出是很自然的事。在這類應用中，HDMI開關應容許筆記型電腦和塢站外接HDMI連接器，當筆記型電腦插接或未插接時便可以自動進行切換，這能讓擁有高解析度DVD驅動器的筆記型電腦用戶，能夠在其數字HDTV或數字顯示器上觀看高解析度電影。


HDMI和DVI概述

HDMI和DVI兩者主要異同之處概述如下：

■HDMI

HDMI是兩者之中較新的一種格式，建基於舊式的DVI規範。DVI隻能處理視頻資料，HDMI 卻可包含音頻及視頻資料
，並通過稱為高解析度內容保護（HDCP） 的數字加密協定形式提供更強的內容保護功能。由於HDMI連接涵蓋視頻和音頻資料，因此可在資料源和接收器之間實現單一連接。兩種格式都遵循相同的電子規範，所以，像FSHDMI04等無源視頻開關便不能區分出HDMI或DVI信號。這種共用的電子格式稱為最小化轉換差分信號（Transition Minimized Differential Signaling；TMDS），在每一鏈路中使用了由3個資料對與1個時脈對組成的4個差分對。HDMI在兩種基本數位配置之一（即單鏈或雙鏈路） 傳輸資料。任一給定鏈路的最大頻寬是4.95Gbps（3 個TMDS 通道平行傳輸
，每個通道的信號傳輸率為1.65Gbps）
，相對於最大的時脈頻率為165 MHz。

資料和時脈頻率不同的原因在於資料以稱作圖元的10位元資料包發送。對解析度要求低於每秒165萬圖元的視頻顯示器而言
，單一鏈路連接已經足夠；假若清晰度要求在每秒165萬和350萬圖元之間

，可使用第二條鏈路並行發送資料。由於兩條鏈路共用一個時脈對
，因此最大的時脈頻率始終為165 MHz。圖2顯示了基本的雙鏈路架構，並可供單鏈路或雙鏈路連接使用。


■DVI

DVI是市場上第一個標準化的純數字視頻連接。與HDMI一樣，它對單或雙鏈路配置的需求取決於所選的顯示器解析度，以及顯示器類型和相應的更新頻率。DVI端子在電腦應用中仍然相當普及，許多係統都具有DVI輸出以便實現至數字LCD 顯示器的直接數位連接。舉例說
，一個更新頻率為60Hz的高解析度 LCD顯示器(1920x1080）可利用單鏈路DVI和約130MHz的時脈頻率連接。這可參考圖3 的DVI規格參考。

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HDMI / DVI應用挑戰和關鍵規範

HDMI 和 DVI的資料速率都非常高，並允許傳輸未經壓縮的數位視頻。在單鏈路HDMI連接中，每TMDS對將以高達1.65Gbps的速率傳輸資料，較高速USB快三倍。因此當利用高速資料傳輸協定進行設計時

，新的應用挑戰紛紛出現。例如以前微不足道的雜散電容
、線載和信號失配，都可能導致誤碼率增加，甚至造成發射或接收資料的失效。此外
，HDMI和DVI規範的編寫者從不會設想在發射器和接收器之間的信號路徑中插入無源的高頻低損耗開關，當仔細閱讀HDMI 和 DVI的規範時，便可明顯發現這一點
，因為在電子規範中幾乎沒有什麽變化餘地留給附加的非理想型開關器件。因此，HDMI 和 DVI高(gao)性(xing)能(neng)開(kai)關(guan)生(sheng)產(chan)商(shang)必(bi)須(xu)針(zhen)對(dui)應(ying)用(yong)的(de)特(te)定(ding)需(xu)求(qiu)謹(jin)慎(shen)製(zhi)定(ding)其(qi)產(chan)品(pin)，否(fou)則(ze)將(jiang)不(bu)能(neng)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)正(zheng)常(chang)運(yun)作(zuo)。以(yi)下(xia)是(shi)一(yi)些(xie)關(guan)鍵(jian)的(de)功(gong)能(neng)特(te)性(xing)，以(yi)判(pan)斷(duan)開(kai)關(guan)能(neng)否(fou)在(zai)高(gao)速(su)環(huan)境(jing)下(xia)工(gong)作(zuo)。

■導通電容相對導通阻抗的權衡

開關的導通電容是判斷開關對TMDS資zi料liao流liu程cheng影ying響xiang的de最zui重zhong要yao因yin素su。過guo大da的de開kai關guan電dian容rong會hui導dao致zhi弧hu形xing邊bian緣yuan，造zao成cheng較jiao慢man的de上shang升sheng和he下xia降jiang速su度du，致zhi使shi係xi統tong的de抖dou動dong增zeng加jia
，使shi相xiang應ying的de誤wu碼ma率lv提ti高gao。

通道的電容失配對HDMI 和 DVI規範的影響至巨，使得要滿足非常嚴苛的偏移規範難上加難。例如，當以最高速率傳輸資料時，差分對內延遲差不能超過0.15Tbit
，亦即不能大於90ps。HDMI / DVI開(kai)關(guan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)麵(mian)對(dui)的(de)一(yi)個(ge)設(she)計(ji)權(quan)衡(heng)問(wen)題(ti)，在(zai)於(yu)導(dao)通(tong)電(dian)容(rong)和(he)導(dao)通(tong)阻(zu)抗(kang)之(zhi)間(jian)，低(di)導(dao)通(tong)電(dian)容(rong)和(he)高(gao)頻(pin)寬(kuan)性(xing)能(neng)需(xu)要(yao)付(fu)出(chu)增(zeng)加(jia)導(dao)通(tong)阻(zu)抗(kang)的(de)代(dai)價(jia)，這(zhe)個(ge)權(quan)衡(heng)問(wen)題(ti)無(wu)法(fa)避(bi)免(mian)，也(ye)正(zheng)是(shi)HDMI / DVI開關必須針對有關應用進行設計的基本原因之一。

許(xu)多(duo)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)都(dou)很(hen)熟(shu)悉(xi)電(dian)壓(ya)驅(qu)動(dong)應(ying)用(yong)，並(bing)因(yin)此(ci)很(hen)自(zi)然(ran)地(di)設(she)想(xiang)導(dao)通(tong)阻(zu)抗(kang)是(shi)開(kai)關(guan)選(xuan)擇(ze)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)規(gui)格(ge)。這(zhe)種(zhong)設(she)想(xiang)出(chu)於(yu)在(zai)電(dian)壓(ya)源(yuan)應(ying)用(yong)中(zhong)，導(dao)通(tong)阻(zu)抗(kang)往(wang)往(wang)會(hui)引(yin)起(qi)插(cha)損(sun)和(he)信(xin)號(hao)衰(shuai)減(jian)。但(dan)幸(xing)運(yun)地(di)，HDMI 和 DVI信號並沒有這個問題，因為它們使用具有終端電阻的電流源來建立信號電平。圖4所示為如何建立TMDS信號的基本原理圖。


當知道TMDS信號的典型信號範圍為AVCC 到 AVCC-0.5V，就能夠得出結論，電流源將設置為通過50歐姆的偏置電阻（RT） 提供10mA 電流，以建立接收器輸入電壓。由於TMDS傳輸線是由電流驅動
，開關上的插入損耗要比電壓驅動應用少得多。利用恆定的10mA電流源

，不論電阻上的電壓降為多少，都能在接收器輸入端提供正確的電壓；由於沒有理想的電流源
，故需記住導通阻抗的開關不應該過大。

綜上所述，HDMI / DVIkaiguandedaotongdianrongyinggaihenxiao。dangmianduidaotongdianronghedaotongzukangdequanhengwentishi
，yingdangxuanzejiaodidedaotongdianrong，yinweidaotongdianrongduixitongxingnengdeyingxiangxiangduijiaoda。

■頻寬

第二個重要的開關特性是頻寬。要以最大的速率傳輸資料，HDMI / DVI開關就必須具有至少825MHz的頻寬。這個數字的依據是基於已知資料以1.65Gbps的速率傳輸，並同時在上升和下降沿被觸發。由此得知，在0 到 825MHz的頻率範圍上，開關的信號損耗不得大於3dB。

當傳輸最高視頻解析度信號時，沒有這種性能的開關會使資料流程急劇衰減，從而導致HDMI 或 DVI接jie收shou器qi無wu法fa對dui資zi料liao進jin行xing恢hui復復。此ci外wai，較jiao窄zhai的de頻pin寬kuan會hui縮suo短duan係xi統tong可ke接jie受shou的de纜lan線xian長chang度du，使shi到dao最zui終zhong設she計ji對dui於yu消xiao費fei者zhe的de吸xi引yin力li大da減jian。基ji於yu這zhe些xie原yuan因yin，HDMI / DVI開關至少應該具有825MHz的頻寬。

■阻抗匹配以減少反射

最後，必須考慮阻抗匹配以及在高速資料線路上增加開關對於信號反射產生的影響。雖然HDMI / DVI開關不可能完美地匹配傳輸線的線阻抗
，但是這些開關仍可通過設計使信號反射減至最小。透過選擇具有低導通電容和導通阻抗的HDMI開關
，便可以將總係統反射降至最小。

在信號反射方麵
，最好選擇較低的導通電容和較高的導通阻抗，這會造成開關輸入端的電壓駐波比（VSWR） 具有較大的幅值
，有助於補償稍高的導通阻抗導致的任何損耗，並同時增加眼圖波罩餘量（Eye Mask Margin）。

HDMI是消費視頻市場的下一個焦點
，有機會像USB一樣在數位資料傳輸領域中廣泛普及。透徹理解導通電容
、導通阻抗和頻寬的重要權衡取捨
，方能設計出充分發揮HDMI所有長處的係統；當為係統增加多個 HDMI 連接器時
，HDMI開關可以大幅降低設計複雜性並減少係統成本。