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設計例

HDMI PCB 設計ガイド

HDMI 1.4、2.0、2.1 インターフェース設計をマスターします。TMDS/FRLルーティング、コネクタレイアウト、4K/8Kビデオアプリケーションの信号整合性を学びます。

HDMI設計チェックリスト

  • 100Ω差動インピーダンス(±10%)
  • ペア内スキュー < 5ミル
  • 低容量ESD保護(<0.5pF)
  • TMDSデータのAC結合
  • HPDとDDC/CECルーティング

HDMI仕様

バージョン帯域幅最大解像度データレーンレーンあたりのレートインピーダンス
HDMI 1.410.2 Gbps4K@30Hz3 TMDS3.4 Gbps/レーン100Ω diff
HDMI 2.018 Gbps4K@60Hz3 TMDS6 Gbps/レーン100Ω diff
HDMI 2.148 Gbps8K@60Hz4 FRL12 Gbps/レーン100Ω diff

HDMI信号ルーティング

TMDSレーン(データ + クロック)

  • 3つのデータペア + 1つのクロックペア(HDMI 1.4/2.0)
  • 100Ω差動、密結合を維持
  • 送信機側にAC結合コンデンサ(100nF)
  • クロックはデータレーンより約50ミル短く

制御信号

  • DDC (I2C): EDID用SDA/SCL、100kHz
  • HPD: ホットプラグ検出、ソース側プルアップ
  • CEC: 民生用電子機器制御、オプション
  • ESDおよび過電流保護付き5V電源

バージョン固有の設計のヒント

HDMI 1.4

  • • 標準FR-4が使用可能
  • • TMDSレーンあたり3.4 Gbps
  • • 4K@30Hzまたは1080p@120Hz
  • • オーディオリターンチャンネル (ARC)

HDMI 2.0

  • • 中損失材料推奨
  • • TMDSレーンあたり6 Gbps
  • • 4K@60Hz、HDR対応
  • • 拡張ARC (eARC)

HDMI 2.1

  • • 低損失材料が必要
  • • FRL: 4レーン @ 12 Gbps
  • • 8K@60Hz、4K@120Hz
  • • 長いルートにはリタイマを検討

FAQ

TMDSとは何ですか、どのようにルーティングしますか?

TMDS(遷移最小化差動信号)は3つのデータレーンと1つのクロックレーンを使用します。各レーンは100Ωのインピーダンスを必要とする差動ペアです。密結合でペアをルーティングし、ペア内の長さを±5ミルに一致させ、すべてのレーンを同様の長さに保ちます。クロックレーンはデータレーンよりわずかに短くする必要があります。

HDMI 2.1のルーティングで何が変わりましたか?

HDMI 2.1はレーンあたり最大12 GbpsのFRL(固定レートリンク)信号を導入します。データ用に4つの差動ペアを使用します(個別のクロックはありません)。より高速な速度には、低損失PCB材料、より厳格なインピーダンス制御、慎重なビア最適化が必要です。長いトレースにはリタイマICの使用を検討してください。

HDMI ESD保護をどのように処理しますか?

HDMIコネクタの近くにTVSダイオードアレイを配置します。信号劣化を避けるために低容量ESDデバイス(<0.5pF)を使用してください。コモンモードチョークはEMIに役立ちます。スタブ長を最小限にしてESDデバイスをインラインでルーティングします。5VとHPDピンは直接的なユーザー接触にさらされるため、堅牢な保護が必要です。