液晶电视V-BY-ONE信号转为HDMI信号硬件电路设计
2021-09-26冠捷显示科技厦门有限公司林孔俭
冠捷显示科技(厦门)有限公司 林孔俭
将V-BY-ONE信号转为HDMI信号设计的目的,是用于把液晶电视主板输出的V-BY-ONE转HDMI,这样可省掉搭配液晶面板的操作,搭配有HDMI接口的显示设备直接输出图像。本文主要描述一种液晶电视所用基于IT6265 V-BY-ONE信号转为HDMI信号硬件电路的设计,分为几个模块分别进行介绍,包括:IC供电模块电路;V-BY-ONE输入电路;HDMI信号输出电路;MCU控制模块(包含Lane选择控制电路,Byte模式选择控制电路,配套信号指示线路);以及相关PCB Layout注意事项。
1 V-BY-ONE信号转为HDMI信号介绍
先说一下V-BY-ONE信号出现的背景。先前在普通液晶电视中,多采用LVDS信号传输方式。LVDS信号是一种低摆幅(约350mV)差分信号,内含时钟、数据、功能控制三大类信号。其中,数据信号的组数较多,例如常见的高清屏(分辨率为1920×1080)的数据线多为8对或10对。LVDS信号虽然解决了TTL信号的EMI干扰和传输电压高的问题,却存在数据信号传输时滞及传输线对多的问题,已不能满足超高清屏(如4K屏)对信号传输率的要求,为此,日本赛恩电子公司(THine)推出V-by-One信号标准。
V-by-One是专门面向高清数字图像信号传输而开发的信号标准,由1-8组配对信号组成,既解决了配线时滞问题,还大大降低了EMI干扰,又提高了每组信号的最大传输速度(达3.75Gbps),并且传输线数量大幅减少。例如:一款UD屏(分辨率不低于3840×2160的超高清屏),若采用LVDS信号,其数据线会高达48对;若采用V-by-On。信号,其数据线仅需8对.目前4K液晶电视主板跟panel T-con之间连接的就是V-by-One信号。
HDMI即高清多媒体接口(High Definition Multimedia Interface)是一种全数字化视频和声音发送接口,可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视、游戏主机、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI可以同时发送音频和视频信号,由于音频和视频信号采用同一条线材,大大简化系统线路的安装难度。HDMI成为目前主流液晶电视以及显示器的外部信号接口。
针对以上需求,市面上出了几个特定信号转换IC。本文选取IT6265这个转换IC,对其周边硬件设计做介绍。
IT6265是ITE联阳半导体厂家推出的一款V-BY-ONE信号转为HDMI信号转换器。其主要特点:可以支持1/2/4/8lane数据设置;支持3/4/5-byte mode设置;支持1分屏,二分频V-BY-ONE信号输入格式;兼容HDMI1.4b,HDMI2.0b,HDCP1.4,HDCP2.2规格输出;使用QFN-76封装。
此颗信号转换器应用在TPV液晶电视机种上的设计框图如图1所示。
图1 信号转换整体设计框图
下面分别介绍各个外围电路设计:包括IC供电模块电路;V-BY-ONE输入电路;MCU控制模块(包含Lane选择控制电路,Byte选择控制电路,配套信号指示线路);HDMI信号输出电路,以及相关PCB Layout(印刷板电路布局)注意事项。
2 IC供电模块电路
信号转换板的供电电压来源是12V,因为目前行业内4K液晶面板的T-CON电压一般都是12V。这个电压可以跟随电视主板V-BY-ONE信号输入直接供应给信号转换板。
IT6265 IC的供电电压需求有1.0V,3.3V;MCU的供电是3.3V;HDMI输出需要有5V(外部设备侦测/读写EDID需求)。以上这些电压由12V通过电源芯片DC/DC IC转化而来。
考虑电源带载能力,12V原先是供应给液晶面板panel,规格要求一般都是1~2A。IT6265的正常工作时的功耗比较小,3.3V耗电26mA,1.0V耗电354mA,整体工作时的耗电在441mW左右。加上外面一个MCU供电,以及周边回路的供电这些功耗都在mW级别。综上所述,12V的带载可以满足信号转换板的工作需求。
考虑电源纹波方面,经ITE IC厂家FAE确认无特定规格。厂家工程师建议在电源输出部分,加电容滤波,各电源之间用磁珠隔离。
3 V-BY-ONE输入电路
V-BY-ONE输入电路:包含12V电源输入;V-BY-ONE数据Lane信号对;V-BY-ONE通讯控制信号(包括:热插拔检测信号Hot-plug Detect signal,以及时钟数据恢复信号CDR Lock signal)。其中V-BY-ONE数据Lane信号对:信号发送端跟信号接收端之间采用交流耦合,用100nF电容隔离。为防止插拔V-BY-ONE线材瞬间ESD静电对IT6265转换IC损坏,建议在V-BYONE数据Lane信号对加ESD防护器件。
4 HDMI信号输出电路
HDMI信号输出电路:包含5V电源输出;HDMI数据信号TDMS(Transition Minimized Differential Signaling最小化传输差分讯号);HDMI DDC IIC信号;HDMI hot-plug热插拔检测信号。其中在5V输出回路上串接热敏电阻,防止因外部设备短路,造成回路上器件损坏。
5 MCU控制模块(包含Lane选择控制电路,Byte模式选择控制电路,配套信号指示线路)
设计MCU模块的目的,是对V-BY-ONE信号输入,有不同的Lane数,不同的Byte模式需要做匹配控制,配合LED信号显示,达到转换出来的HDMI信号能够正确输出。
此次设计MCU选用的也是ITE厂家的IT6350E,使用同一厂家能便于软件开发配置。此MCU主要特点:内含4KB ROM,64KB SRAM,128KB flash。一个UART口,支持31个GPIO,使用LQFP-48封装。
MCU控制模块整体设计思路如表1所示。
表1 MCU控制模块说明表
后续设计改进的地方,目前V-BY-ONE输入的1分屏跟二分屏是固定,没有外部硬件选择控制。不过板子也有做了USB烧录的功能,可以烧录不同的软体,来识别1分屏跟二分屏。
6 相关PCB Layout(印刷板电路布局)注意事项
为达到更好的效率及EMI效果,应该对PCB线路布局根据厂家的规格书,以及邮件联系给出的建议去布局。
信号转换板Layout(电路布局)一般需要注意以下:(1)为保持V-BY-ONE高速信号完整性,避免干扰,PCB建议做四层板;(2)3.3V及+5V建议可走VCC/Bottom层,避免其影响高速输出讯号;(3)V-BY-ONE及HDMI信号走线出图做板时,请厂家做100ohm阻抗控制。
结语:通过以上液晶电视V-BY-ONE信号转为HDMI信号硬件电路设计的介绍,为其他同事进行电路设计做参考。也可以作为新人培训的资料,对新进员工进行必要的培训,了解转换电路的设计背景,理解其思路,以期更快融入公司的硬件研发工作。