總結這篇文章的初衷是看到HDMI新版本2.1，支持FRL（Fix Rate Link）固定速率鏈路的縮寫，支持一系列更高的視頻分辨率和刷新率，包括8K@60Hz 和 4K@120Hz，分辨率高達10K。

需要注意的是：

HDMI2.1的版本推出之后，HDMI2.0將融入到HDMI2.1版本之中，但HDMI1.4還是存在的，因為HDMI1.4是“7C” founder制定的。所以HDMI1.4仍然存在，名稱仍然是HDMI1.4，HDMI2.0納入HDMI2.1后稱之為HDMI2.1 TMDS，而HDMI2.1稱之為HDMI2.1 FRL，同時測試HDMI2.1同時需要向下兼容測試HDMI1.4。是不是覺得有點USB 3.1 GEN1&USB 3.1 GEN2的味道。

高清晰度多媒體接口HDMI（High-definition multimedia interface）是消費產品常用接口，也已經成為行業的連接標準。HDMI是一個可在單一接口結合無壓縮高清視頻，多聲道環繞音頻，和智能命令數據的數字接口。HDMI連接高清設備極為簡單，同時對最新的產品功能提供一致和高性能效的傳輸。

本文分五大部分：

基礎知識

接口信號

設計部分

測試部分

仿真部分

1、基礎知識

HDMI標準的發展歷史：日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝七家公司共同組建了HDMI高清多媒體接口組織，著手制定一種符合高清時代標準的全新數字化視頻/音頻接口技術。在 2002年12月9日，HDMI1.0版正式發布，HDMI技術產生。從最早的1.0到現在的2.1，從1080p，到現在的8K。

HDMI接口有四種類型接口：

Type A采用19pin，寬度為13.9毫米、厚度為4.45毫米，這種尺寸最常用。

Type B采用29pin，寬度21毫米。Type B的數據傳輸能力比Type A快近兩倍，相當于DVI Dual-Link。Type B的工作頻率在270MHZ以上，而一般在影音設備頻率均在165MHz以下，應用于一些專業場合。

Type C采用19pin，常稱為Mini HDMI，它主要是為小型設備設計的。寬度為10.5毫米、厚度為2.5毫米，比Type A小了將近1/3，應用范圍很小，主要應用在便攜式設備上，比如數碼相機、便攜式播放機等設備。

Type D采用19pin，俗稱Micro HDMI。采用了雙排針腳設計，寬度只有6.4毫米，厚度2.8毫米，主要應用于小型的移動設備上面，更適用于便攜和車載設備。比如：手機、平板電腦等。

這里面會有資料說到VESA。VESA Video Electronics Standards Association, 是計算機和小型工作站視頻設備的顯示標準。

VESA總線是一個32位標準的計算機局部總線，是針對多媒體PC要求高速傳送活動圖象的大量數據應運而生的。它的數據傳輸率最高可達132Mbytes/s。它的許多引線引自CPU，因而負載能力相對較差，VESA總線產品將面臨被淘汰的趨勢。

2、接口信號

常見的HDMI接口是下圖的A類(19腳)：

1~9 （6 pin）:TMDS數據通道，分0~2三組，這些通道傳輸音頻和視頻和輔助數據。數據通道之間有屏蔽線，三組TMDS 數據通道，每一個都通過一對屏蔽雙絞線承載在電纜中，用于最小化串擾和 EMI 輻射的屏蔽層在電纜的兩端接地。

·Preamble（控制信息），主要用于控制接下來傳輸的數據是Data Island或者Video Data。

·Data Island（數據包），各種類型的包信息，包括音頻數據包，圖像信息包等。

·Video Data （視頻信息），視頻像素數據，HDMI可以傳輸RGB與YUV兩種格式的像素數據。

·HSYNC:?行同步信號，表示掃描1行的開始；VSYNC:?幀同步信號,表示掃描1幀的開始，一幀也就是LCD顯示的一個畫面。

TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化傳輸差分信號傳輸技術，是一種利用2個引腳間電壓差來傳送信號的技術。傳輸數據的數值（“0"或者"1”）由兩腳間電壓正負極性和大小決定。采用2根線來傳輸信號，一根線上傳輸原來的信號，另一根線上傳輸與原來信號相反的信號。這樣接收端就可以通過讓一根線上的信號減去另一根線上的信號的方式來屏蔽電磁干擾，從而得到正確的信號。

比如8bit的數據進入TMDS編碼器，得到抗干擾性強的10bit TMDS信號，然后再進行串行化輸出；在接收端收到串行的HDMI信號后，進行信號復原，得到10bit的TMDS信號，最后用TMDS解碼器解碼得到原來的8bit數據。

HDMI的時鐘頻率范圍為25MHz~165MHz。

數據方面：一個TMDS通道每秒最多能傳輸165MHz×10bit=1.65Gbit的數據，3個TMDS通道一秒就可以傳輸1.65×3=4.95Gbit的數據，再加上控制數據，就是4.96Gbps的帶寬。

圖像方面：一秒可以傳輸顯示1.65G個像素點（一個完整的像素點信息由R/G/B三原色信息構成）所需要的數據量。

RGB色彩模式是常用的一種顏色標準，三個獨立的視頻信號同時傳輸，缺乏與早期黑白顯示系統的良好兼容性。將RGB轉換成YUV，再根據需要換回RGB格式，以便在電腦顯示器上顯示彩色圖形。

除了RGB還會看到YUV。YUV主要用于優化彩色視頻信號的傳輸，它將亮度信息（Y）與色彩信息（UV）分離，沒有UV信息一樣可以顯示完整的圖像，只不過是黑白的，這樣的設計很好地解決了彩色電視機與黑白電視的兼容問題，使其向后相容老式黑白電視。

與RGB視頻信號傳輸相比，它最大的優點在于只需占用極少的頻寬（RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰階值；而“U”和“V” 表示的則是色度（Chrominance或Chroma），“色度”則定義了顏色的兩個方面─色調與飽和度，分別用Cr和Cb來表示。

所以，YUV又叫做YCrCb。

Cr反映的是RGB輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異;Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之間的差異。

數字音頻方面：支持符合IEC60985 L-PCM標準的32kHz、44.1kHz和48kHz,16bit量化的立體聲數字音頻信號和IEC 61937標準的采樣率為192KHz，24bit量化的單路無壓縮PCM數字音頻信號。

ARC（Audio Return Channel）音頻回傳通道。ARC出現的目的，是使整個數字化家電在線材安裝上更為簡便。它的功能就是傳輸聲音信號，具體是指在支持ARC的HDMI接口上，電視可以通過ARC將音頻信號通過HDMI線回傳到功放或者其他擁有HDMI ARC功能的音頻設備上去，這樣用以節省單獨的數字輸出線材。

這里面和LVDS這個進行區分：

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一種低振幅差分信號技術。它使用幅度非常低的信號（約350mV）通過一對差分PCB走線或平衡電纜傳輸數據。它能以高達數千Mbps的速度傳送串行數據。

10~12（3 pin）: TMDS 時鐘通道參考時鐘信號，使接收設備恢復數據流。

13（1 pin）:消費電子控制CEC (Consumer electronic control），這是 HDMI 設備中的可選功能。它是一種專用控制總線，使設備能夠自動控制其他連接的設備。比如說兩個顯示設備，兩者都用HDMI線接上，可以用一個設備的控制器控制另一個設備，該功能的命令信號就是通過CEC引腳傳輸的。

14（1 pin）:保留引腳，未使用（或者也可以為CEC提供多一個引腳）

15~16（2 pin）:一個I2C(SCL,SDA)總線，用于設備將其能力信息傳遞給其他設備。這里面有DDC（Display Data Channel），主要用于EDID與HDCP的傳輸。最先做的Hotplug，因為HDMI的主從兩個設備需要通過DDC來獲得他們對方設備的EDID，從而得到各種信息。

EDID（Extended Display Identification Data）擴展顯示標識數據，VGA、DVI的EDID由主塊128字節組成，HDMI的EDID增加擴展塊(128字節)，擴展塊的內容主要是和音頻屬性相關的，DVI和VGA沒有音頻，HDMI自帶音頻。

EDID可以簡單理解為串聯Host和顯示器之間的橋梁，在輸入端Host通過讀取設備上的EDID來獲悉設備支持的顯示時序，而同樣，在輸出端設備需要讀取顯示器的EDID來確定自己的輸出時序。

需要注意的是:現在的顯示器功能很強大，通常都提供多種視頻接口（DVI、VGA、HDMI、Display Port），由于每種接口的特性和帶寬不同，使得不同接口的EDID也不同。使用哪個接口，Host讀到的就是哪個接口的EDID。所以，顯示器不止一種EDID信息。

經常聽到有人說“EDID信息”，也有人說“DDC信息”。那么EDID和DDC的關系是什么？DDC是一個通道，是用來傳送EDID信息的，也可以說EDID信息是通過DDC傳送的。

HDCP（High -bandwidth Digital Content Protection）高帶寬數字內容保護技術，為了保證HDMI或者DVI傳輸的高清晰信號不會被非法錄制，就出現了HDCP技術。HDCP技術規范由Intel領頭完成，當用戶進行非法復制時，該技術會進行干擾，降低復制出來的影像的質量，從而對內容進行保護。

HDCP傳輸過程中，發送端和接受端都存儲一個可用密鑰集，這些密鑰都是秘密存儲，發送端和接受端都根據密鑰進行加密解密運算，這樣的運算中還要加入一個特別的值KSV(視頻加密密鑰)。同時HDCP的每個設備會有一個唯一的KSV序列號，發送端和接受端的密碼處理單元會核對對方的KSV值，以確保連接是合法的。

HDCP是靠兩個設備的交互進行HDCP授權認證的，簡易認證流程圖如下：

17（1 pin）:接地引腳

18（1 pin）:+5V 電源（1 針）：提供低電流、+5V 直流電源，用于讀取顯示器中包含的 EDID ROM。
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19（1 pin）: 熱插拔檢測，用于向源端傳達已發生“熱插拔”事件的信號（例如已拔出電纜），這通常會導致源重新初始化 HDMI 鏈接。

3、設計部分

AC耦合電容:100nF（75~200nF）

線長的匹配部分：

組與組之間，HDMI*1.4控制在+/-1”(2.97GT/s)。

除了所說的2.97GT/s，還有一個1.65GT/s。當然時鐘的頻率是多少，是能推算出來。

針對CMC，有些情況不是必須的，可以不要，根據實際應用來分析。

過孔方面，除了常用的優化，保證100mil以內有回流過孔，過孔數量不能大于3個。

不管是HDMI1.4還是2.0，針對連接器和線纜的標準都是一樣的:
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線纜推薦的是38AWG的同軸電纜，阻抗為100 ohm。

線纜標準給出兩種類別：標準電纜，支持速率75MHz，分辨率是720p和1080i；高速電纜，支持速率340MHz，分辨率是1080p。?

連接器：

4、測試部分

根據測試規范CTS(Compliance Test Specification)。HDMI測試分為物理層和協議層的測試。

HDMI的測試需要在不同分辨率下進行：

信號低電平的測試,一般選擇最低分辨率(640x480p)。

支持最高的分辨率下,進行時鐘占空比/上升時間/時延等測試。

像素時鐘在27MHz，74.25MHz，148.5MHz，222.75MHz下，需要進行時鐘抖動和眼圖等測試。

軟件會自動進行測試,并會給出一份詳細數據指標的數值報告，同時會附帶眼圖等圖形.

測試的時候,TMDS信號要求在接收端提供3.3V的直流偏置。示波器連接探頭和夾具進行測試時，終端要給3.3V的直流偏置,才能測出信號輸出。

5、仿真部分

對TMDS差分線進行頻域分析，進行S參數仿真，生成差分對差分損耗，來查看相關的技術指標，一般以-3dB的基準來查看傳輸線的性能。
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通過提取的S參數，搭建鏈路，賦予模型，即搭建等效電路模型，就可以進行時域分析，得到相關的仿真眼圖（眼高、眼寬、抖動等），查看相關指標。可以通過與測試的結果進行對比，修改相關參數設置，來比擬測試結果。

審核編輯：劉清