[硬件接口] HDMI

HDMI 接口硬件管脚定义及功能

概述

HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清多媒体接口）是一种用于传输未压缩数字音视频信号的接口，广泛应用于电视、显示器、投影仪、游戏机等设备。本文档详细介绍标准HDMI Type-A连接器（19针）的硬件管脚定义及其功能。

管脚分配表

以下是标准HDMI Type-A连接器（19针）的管脚定义：

管脚编号	信号名称	功能描述
1	TMDS Data2+	TMDS通道2正信号，用于高速数据传输（视频、音频和辅助数据）
2	TMDS Data2 Shield	TMDS通道2屏蔽接地，减少电磁干扰
3	TMDS Data2-	TMDS通道2负信号，与Data2+组成差分对
4	TMDS Data1+	TMDS通道1正信号，用于高速数据传输
5	TMDS Data1 Shield	TMDS通道1屏蔽接地
6	TMDS Data1-	TMDS通道1负信号，与Data1+组成差分对
7	TMDS Data0+	TMDS通道0正信号，用于高速数据传输
8	TMDS Data0 Shield	TMDS通道0屏蔽接地
9	TMDS Data0-	TMDS通道0负信号，与Data0+组成差分对
10	TMDS Clock+	TMDS时钟正信号，提供数据同步时钟
11	TMDS Clock Shield	TMDS时钟屏蔽接地
12	TMDS Clock-	TMDS时钟负信号，与Clock+组成差分对
13	CEC	消费电子控制，用于设备间控制信号（如遥控器命令）
14	Reserved (HDMI 1.4+: Utility/HEAC+)	HDMI 1.4+中用于HEAC（HDMI以太网和音频回传通道）正信号，早期版本保留
15	SCL	DDC（显示数据通道）的I2C时钟信号，用于EDID和HDCP通信
16	SDA	DDC的I2C数据信号，与SCL配合传输显示器信息和加密数据
17	DDC/CEC Ground	DDC和CEC的接地参考
18	+5V Power	提供5V电源（最大50mA），为EDID芯片等低功耗设备供电
19	Hot Plug Detect (HPD)	热插拔检测信号，检测设备连接状态，HDMI 1.4+中兼作HEAC-信号

功能模块详解

1. TMDS通道（TMDS Data0~2，TMDS Clock）

• TMDS（Transition-Minimized Differential Signaling）：HDMI使用三组数据通道（Data0~2）和一组时钟通道（Clock）传输音视频数据。
• 每组通道由差分对（正/负信号）和屏蔽接地组成，支持高速数据传输。
• 数据通道：传输视频、音频和辅助数据（如字幕、元数据）。
• 时钟通道：提供同步时钟，确保数据正确解码。
• 带宽：
  • HDMI 1.4：最大10.2 Gbps（3.4 Gbps/通道），支持4K@30Hz。
  • HDMI 2.0：最大18 Gbps（6 Gbps/通道），支持4K@60Hz。
  • HDMI 2.1：最大48 Gbps（12 Gbps/通道），支持8K@60Hz或4K@120Hz。

2. 消费电子控制（CEC）

• CEC（Consumer Electronics Control）允许通过HDMI连接的设备相互控制。
• 功能包括：
  • 一键播放（启动多个设备）。
  • 遥控器信号传递。
  • 设备电源状态同步。
• CEC为单线通信协议，所有设备共享同一总线。

3. 显示数据通道（DDC，SCL/SDA）

• DDC基于I2C协议，用于主机与显示器之间的通信。
• 主要功能：
  • 读取显示器的EDID（扩展显示识别数据），获取分辨率、刷新率等信息。
  • 实现HDCP（高带宽数字内容保护），用于加密内容保护。
• SCL（时钟）和SDA（数据）组成I2C总线，速率通常为100 kHz。

4. 热插拔检测（HPD）

• HPD信号用于检测显示器是否连接。
• 插入设备时，HPD变为高电平，触发主机初始化；断开时变为低电平，停止传输。
• 在HDMI 1.4及以上版本，HPD引脚还支持HEAC负信号（与Utility引脚配对）。

5. 电源（+5V Power）

• 提供5V电源，最大电流50mA。
• 通常为显示器的EDID芯片或其他低功耗电路供电。
• 主机必须检测+5V信号以确认设备连接。

6. HDMI以太网和音频回传通道（HEAC，HDMI 1.4+）

• HEAC利用Utility（引脚14）和HPD（引脚19）组成差分对。
• 功能：
  • HDMI以太网通道（HEC）：支持100 Mbps网络连接，设备间共享互联网。
  • 音频回传通道（ARC/eARC）：从显示器（如电视）向音响设备回传音频，eARC（HDMI 2.1）支持更高带宽和无损音频。
• ARC/eARC无需额外线缆，简化连接。

7. 屏蔽接地（Shield Pins）

• 每组TMDS通道和时钟通道配有屏蔽接地（引脚2、5、8、11），减少电磁干扰，确保信号完整性。
• DDC/CEC Ground（引脚17）为DDC和CEC信号提供接地参考。

其他信息

• 连接器类型：
  • Type-A：标准19针连接器，常见于电视、显示器。
  • Type-C（Mini HDMI）：较小连接器，功能相同，常用于相机、平板。
  • Type-D（Micro HDMI）：更小连接器，用于手机等便携设备。
• 版本差异：
  • HDMI 1.4：支持4K@30Hz、3D视频、ARC、HEC。
  • HDMI 2.0：支持4K@60Hz、HDR、更高音频采样率。
  • HDMI 2.1：支持8K@60Hz、4K@120Hz、VRR（可变刷新率）、eARC、ALLM（自动低延迟模式）。
• 兼容性：
  • HDMI可通过适配器连接到DisplayPort、DVI（仅视频）、VGA，但需注意功能限制（如音频、CEC不可用）。
  • HDCP版本需匹配以确保加密内容播放。

注意事项

• 信号完整性：TMDS为高速差分信号，布线需100Ω阻抗匹配，屏蔽良好。
• 电缆长度：普通HDMI电缆建议不超过15米，超长需使用信号放大器或光纤HDMI电缆。
• 热插拔：HPD信号需正确处理，避免设备误判。
• 电源管理：主机需确保+5V电源稳定，防止EDID读取失败。

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