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USB供電的DVIHDMI至VGA轉換器(HDMI2VGA) 具有音頻提取功能

  圖1所示電路是一個完整的HDMI/DVI至VGA(HDMI2VGA)轉換解決方案,帶有模拟音頻輸出。它使用 ADV7611低功耗、高清多媒體接口(HDMI)接收器,可接收高達165 MHz的視頻流。該電路以USB電纜供電,最高工作分辨率為1600 × 1200 (60 Hz)。

  電路使用擴展顯示識别數據(EDID)内容, 确保來自HDMI/DVI的視頻流可達到HDMI源、

  HDMI接收器還可用來調節視頻,如亮度或對比度;音頻編解碼器可用來設置音頻輸出的音量。

  該電路有很多優勢。高度集成的視頻接收器無需額外的現場可編程門陣列(FPGA)便可調節視頻。可輕松通過I2C寫入調節亮度、對比度或改變音頻音量。内置式EDID存儲器可減少器件數量和電路闆面積。降壓開關調節器允許USB端口對電路供電。通過采用業界标準的片間連接,接收器、編解碼器和視頻數模

  (DAC)之間可實現直接互連。該電路使用2層印刷電路闆(PCB),能以高達UXGA的分辨率(60 Hz時1600 × 1200)工作。

  ADV7611 為HDMI輸入提供接收解決方案,并具有5 V電纜檢測、熱插拔檢測線路置位和用于EDID的DDC線路。 集成了一個内部EDID RAM,可顯示HDMI源。本電路中的内置色彩空間

  (CSC)可轉換任何HDMI色彩空間至8位RGB444字,适合驅動 ADV7125 視頻DAC輸入。它涉及如下色彩空間的轉換:RGB、YCrCb(601和709)、XVYCC(601和709)以及HDMI規範中的其他色彩空間。ADV7611還支持所有444和422之間轉換的采樣方案。

  ADV7125 視頻DAC可将接收到的數字信号轉換成VGA兼容模拟信号。

  内部的音頻處理始于 ADV7611 的内置音頻數據包提取模塊。該器件可輸出幾乎任何HDMI标準;然而,後端的 SSM2604 音頻編解碼器僅接受以44.1 kHz或48 kHz速率采樣、并以線性脈沖碼調制(LPCM)的I2S數據流。為保證這種I2S數據流的正常傳送,ADV7611必須提供具有适當EDID内容的HDMI源,且EDID内容必須僅有LPCM功能。

  音頻線,并且需要一個額外的功率放大器級以便連接耳機或揚聲器。

  該電路采用 ADuC7020 微控制器控制。ADuC7020采用I2C SDA和SCL線 連接,并切換到任一VGA顯示數據通道(DDC)線C總線C總線C DDC線路中隔離,以降低任何潛在沖突的風險(以防萬一監視器與其他設備共享DDC I2C,或VGADDC線C從機設備。

  ADuC7020 亦帶有通用異步收發器(UART)線路。它們與串行編程按鈕(與P0.0相連)和複位按鈕共同使用,通過可執行文件對片内閃存進行編程。正常工作時,UART接口在軟件開發期間還可用于調試輸出或終端。它需要一個額外的電平

  (比如 ADM3202ADM3202)通過RS232标準接口連接電腦。 ADuC7020 同時連接 ADV7611 的INT1和RESET 引腳和 ADV7125的 PSAVE 引腳,用于視頻DAC控制。

  該電路闆使用兩個 ADP2301 降壓開關調節器,以5 V USB電源對電路闆供電。這款高效率調節器可為電路闆上的器件提供3.3 V和1.8 V電源。

  當電路闆第一次通電時,它将VGA EDID從監視器讀回,對 ADV7611編程,使其接收HDMI流,并對 SSM2604 編程,使I2S音頻可以通過DAC輸出。

  HDMI2VGA轉換器确保視頻顯示器支持的正确視頻标準可通過HDMI鍊路發送。HDMI規範要求HDMI源在發送視頻流之前檢查支持的HDMI接收器視頻模式。一旦HDMI源讀取了EDID内容,它便隻能選擇視頻顯示器支持的标準,理想化的情況是該标準正好最适用于該顯示器。因此,要确保顯示器支持輸出視頻,EDID内容非常重要。

  音頻标準的處理方法與此類似。EDID的内容中同時列出了HDMI接收器支持的音頻标準。HDMI源發送的音頻流必須匹配EDID内容羅列的标準之一。

  ADuC7020用于讀取VGA内容,以确定監視器的能力。典型監視器的VGA EDID不羅列音頻能力,并且可能含有 ADV7611 不支持的視頻分辨率(例如超過165 MHz的像素速率以及60 Hz時的1920 × 1200 VESA)。

  因此,确保傳送至HDMI源的EDID内容僅包含 ADV7611 和VGA顯示通常支持的視頻模式便非常重要。

  最近發送至HDMI源的EDID信息初始源包含來自VGA監視器并經過讀取和更改的EDID。一旦讀取,VGA EDID便将以下字節複制到内部ADuC7020 RAM作更改。一旦完成更改,它們便提供給HDMI源(通過 ADV7611 内部EDID)。

  EDID的第20位字節(視頻輸入參數)被修改為0以表示 HDMI2VGA轉換器是一種數字視頻輸入。

  EDID的字節[38:54]包含标準時序信息。為确保所列模式無一超過165 MHz的最大像素時鐘頻率,STD時序信息模塊中列出的每一種模式均使用如下公式計算像素時鐘頻率:

  上面的方程估算傳輸視頻時必須使用的最小像素頻率。該估算基于這樣一個假設:視頻僅包含一個水平同步脈沖,每行脈沖寬度僅為一個像素值,并且每幀的垂直消隐間隔 (VBI)僅一行。在實際應用中不會采用這種類型的視頻,并且該估算也隻是近似值。若要獲得準确的PCLK值,請查找基于實際VESA标準的表格。

  若計算得到的PCLK頻率超過165 MHz,則EDID放棄使用該視頻模式。

   詳細的時序描述符(起始兩位字節中至少有一個為非零),用于像素時鐘頻率

   監視器範圍描述符(起始兩位字節為零,第四位字節等于253),用于監視器支持的最大像素時鐘頻率

  詳細時序描述符(DTD)表示監視器的本地視頻時序。起始兩位字節包含像素時鐘頻率值。若超過165 MHz,則整個描述符由适合640 x 480 (60 Hz)視頻模式的DTD模塊替換。

  監視器範圍描述符包含監視器可處理的最高PCLK頻率信息。若它超過165 MHz,則将其設為等于165 MHz。

   第126位字節給出額外EDID模塊的數目。本應用以1覆寫此字節以提供一個額外的EDID。

  額外的EDID模塊(CEA-861類型)長度為128字節,包含音頻能力和可支持視頻标準的640 x 480像素的描述信息。該模塊的主要目的是為HDMI源提供音頻能力信息:帶有左前置和右前置揚聲器的立體聲LPCM,44.1 kHz、48 kHz和32kHz。CEA-861模塊還包含所支持視頻标準的額外信息,如YCbCr444和YCbCr422,以及标準RGB。

  來自HDMI電纜信号的5 V信号将輸入視頻告知VGA監視器。 ADuC7020 target=_new ADuC7020 并不檢測VGA連接,并假設連接存在。監視器檢測可通過回讀EDID内容完成。若沒有 I2C 應答,則假定監視器未連接。

  無需檢測HDMI源。一旦 ADV7611針對接收HDMI内容編程,每次當電纜連接或輸入視頻标準變更時它便工作。當電纜斷開時,HDMI接收器以最後接收的視頻分辨率生成藍屏。

  HDMI源的檢測由 ADV7611完成。連接狀态可由回讀IO映射内的寄存器0x6F決定(器件地址為0x98)。參見 硬件使用指南(UG-180)

  需要考慮數據内容的保護。标準VGA信号是未經加密的視頻信号,可使用模拟記錄儀記錄并回放,期間無任何内容保護機制。因此,VGA視頻對于受版權保護的内容而言并不安全。因為HDMI至VGA轉換器不支持原始版權視頻流的内容保護,應當不允許它接收這些内容。

  圖1所示電路加以修改便可在現有VGA監視器内接收加密内容,隻要修改的方式不允許用戶輕松訪問解密視頻流即可。

  ADV7611BSWZ-P 和 ADV7125BCPZ 之間謹慎的布線層電路闆上。該電路闆已證明可在165MHz像素時鐘頻率下傳輸視頻流。PCB的底層主要是一個實體接地層,一些線路與底層相連。許多過孔連通頂層和底部接地層,減少高速信号下電路闆電流的瞬變特性造成的接地反彈。圖2是PCB的俯視圖。若需完整原理圖、物料清單(BOM)和布局細節, 請參考設計支持文件:

  在實際系統中使用時,4層的PCB更具有優勢。HDMI兼容性測試要求進入HDMI接收器的所有最小化傳輸差分信号(TMDS)線 10%的特征阻抗。4層PCB通常比2層PCB更容易保持線層PCB提供更多選項抑制電磁幹擾(EMI)/射頻幹擾(RFI),并符合電磁兼容規範(EMC)。

  高速數字信号具有快速上升和下降沿, 因此有産生EMI/RFI效應的風險。電路闆上的高速信号主要存在于連接 ADV7611 輸出和 ADV7125DAC輸入的像素總線鍊路上。某些情況下,可在這些線路上添加串聯電阻,減緩快速邊沿,以盡可能降低EMI/RFI效應。在2層電路闆布局中, ADV7611 和 ADV7125 相對距離較近,因此無需串聯電路。

  提供設置像素總線驅動器以及音頻輸出的驅動強度的選項,可用來降低EMI/RFI輻射的影響。在 ADV7611内部完成驅動強度的降低工作。更多信息,請參考 UG-180 用戶指南的“驅動強度選擇”部分。

  測試要求連接圖3所示電纜(VGA、HDMI、音頻輸出和USB),并按下複位按鈕。

  消費類視頻播放器(DVD或藍光)通常不支持VESA視頻分辨率,如XGA、SXGA或UXGA。測試過程中,這些源輸出标準VGA。

  兩個視頻播放器均可針對EDID提供LPCM音頻内容,并可從音頻編解碼器正常解碼及輸出數據。



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