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HDMI PCB 设计指南

掌握 HDMI 1.4、2.0 和 2.1 接口设计。学习 TMDS/FRL 布线、连接器布局和 4K/8K 视频应用的信号完整性。

HDMI 设计检查清单

  • 100Ω 差分阻抗 (±10%)
  • 对内偏移 < 5 密耳
  • 低电容 ESD 保护 (<0.5pF)
  • TMDS 数据的 AC 耦合
  • HPD 和 DDC/CEC 布线

HDMI 规格

版本带宽最大分辨率数据通道每通道速率阻抗
HDMI 1.410.2 Gbps4K@30Hz3 TMDS3.4 Gbps/通道100Ω diff
HDMI 2.018 Gbps4K@60Hz3 TMDS6 Gbps/通道100Ω diff
HDMI 2.148 Gbps8K@60Hz4 FRL12 Gbps/通道100Ω diff

HDMI 信号布线

TMDS 通道(数据 + 时钟)

  • 3 个数据对 + 1 个时钟对(HDMI 1.4/2.0)
  • 100Ω 差分,保持紧密耦合
  • 在发送器处放置 AC 耦合电容(100nF)
  • 时钟比数据通道短约 50 密耳

控制信号

  • DDC (I2C): SDA/SCL 用于 EDID,100kHz
  • HPD: 热插拔检测,源端上拉
  • CEC: 消费电子控制,可选
  • 5V 电源带 ESD 和过流保护

特定版本设计技巧

HDMI 1.4

  • • 标准 FR-4 可接受
  • • 每 TMDS 通道 3.4 Gbps
  • • 4K@30Hz 或 1080p@120Hz
  • • 音频回传通道 (ARC)

HDMI 2.0

  • • 推荐中损耗材料
  • • 每 TMDS 通道 6 Gbps
  • • 4K@60Hz,HDR 支持
  • • 增强型 ARC (eARC)

HDMI 2.1

  • • 需要低损耗材料
  • • FRL: 4 通道 @ 12 Gbps
  • • 8K@60Hz, 4K@120Hz
  • • 长走线考虑重定时器

FAQ

什么是 TMDS 以及如何布线?

TMDS(过渡最小化差分信号)使用 3 条数据通道加 1 条时钟通道。每条通道是需要 100Ω 阻抗的差分对。以紧密耦合布线对,将对内长度匹配到 ±5 密耳,并保持所有通道长度相似。时钟通道应比数据通道稍短。

HDMI 2.1 布线有什么变化?

HDMI 2.1 引入了 FRL(固定速率链路)信号,每通道最高 12 Gbps。它使用 4 条差分对用于数据(没有单独的时钟)。更高的速度需要更低损耗的 PCB 材料、更严格的阻抗控制和仔细的过孔优化。对于长走线,考虑使用重定时器 IC。

如何处理 HDMI ESD 保护?

将 TVS 二极管阵列放置在靠近 HDMI 连接器的位置。使用低电容 ESD 器件(<0.5pF)以避免信号劣化。共模扼流圈有助于 EMI。以最小短截线长度将 ESD 器件内联布线。5V 和 HPD 引脚需要强大的保护,因为它们面临直接的用户接触。