HDMI 连接器管脚定义(Type A，标准19针）

HDMI 信号管脚介绍

HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是一种数字音视频接口标准，用于传输高清视频和多声道音频。在 FPGA 设计中，HDMI 接口通常需要连接特定的差分对（TMDS）信号，并遵循严格的电气标准。以下是 HDMI 接口的管脚定义及其在 FPGA 应用中的关键要点。

1. HDMI 连接器管脚定义（Type A，标准19针）

2. HDMI 关键信号说明

(1) TMDS 差分信号（主要视频数据通道）

• TMDS Data0+/Data0-：传输 蓝色 分量（B）和同步信号（HSYNC/VSYNC）。
• TMDS Data1+/Data1-：传输 绿色 分量（G）。
• TMDS Data2+/Data2-：传输 红色 分量（R）。
• TMDS Clock+/Clock-：像素时钟（通常为 74.25MHz @ 1080p60）。

FPGA 实现要点：

• 需使用 LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 或 TMDS I/O 标准。
• 在 Xilinx FPGA 中，通常通过 SelectIO 或 GTX/GTY 高速串行接口处理。
• 示例 XDC 约束（7 Series FPGA）：

  set_property PACKAGE_PIN "Y9"  [get_ports {hdmi_tx_p[0]}]  # TMDS Data0+
  set_property PACKAGE_PIN "Y10" [get_ports {hdmi_tx_n[0]}]  # TMDS Data0-
  set_property IOSTANDARD TMDS_33 [get_ports {hdmi_tx_p[*]}] # 3.3V TMDS
  

(2) DDC (I²C) 接口

• SCL (Serial Clock)：I²C 时钟线（上拉电阻通常为 4.7kΩ）。
• SDA (Serial Data)：I²C 数据线（双向，用于读取显示器 EDID）。

FPGA 实现要点：

• 需实现 I²C 主控制器，读取显示器的 EDID（分辨率支持列表）。
• 示例 XDC 约束：

  set_property PACKAGE_PIN "AA12" [get_ports hdmi_scl]
  set_property PACKAGE_PIN "AB12" [get_ports hdmi_sda]
  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {hdmi_scl hdmi_sda}]
  

(3) HPD (Hot Plug Detect)

• 功能：显示器插入时拉高（通常通过 1kΩ 电阻上拉到 +5V）。
• FPGA 处理：检测此信号以判断 HDMI 设备是否连接。

  set_property PACKAGE_PIN "AC12" [get_ports hdmi_hpd]
  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports hdmi_hpd]
  

(4) +5V 电源

• 可为 HDMI 接收设备（如显示器）提供 50mA 电流。
• FPGA 设计时需确保电源电路稳定（防止倒灌）。

3. FPGA 实现 HDMI 输出

(1) 硬件连接

• TMDS 差分对 → FPGA 支持 LVDS/TMDS 的 Bank（如 Xilinx HP Bank）。
• HPD/DDC → FPGA 普通 GPIO（3.3V LVCMOS）。

(2) 软件实现

• 视频编码：RGB → TMDS 编码（需符合 HDMI 1.4/2.0 标准）。
• IP 核支持：
  • Xilinx HDMI 1.4/2.0 TX Subcore（需授权）。
  • 开源方案：FPGA HDMI Core（如 AXI-HDMI）。

(3) 示例约束（Xilinx 7 Series）

# TMDS 差分对
set_property PACKAGE_PIN "Y9"  [get_ports {hdmi_tx_p[0]}]
set_property PACKAGE_PIN "Y10" [get_ports {hdmi_tx_n[0]}]
set_property IOSTANDARD TMDS_33 [get_ports {hdmi_tx_p[*] hdmi_tx_n[*]}]

# DDC (I²C)
set_property PACKAGE_PIN "AA12" [get_ports hdmi_scl]
set_property PACKAGE_PIN "AB12" [get_ports hdmi_sda]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {hdmi_scl hdmi_sda}]

# HPD
set_property PACKAGE_PIN "AC12" [get_ports hdmi_hpd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports hdmi_hpd]

4. 常见问题

Q1: HDMI 信号是否需要外部电平转换？

• 如果 FPGA Bank 电压为 3.3V，且支持 TMDS_33 标准，可直接连接。
• 对于高速 HDMI 2.0（> 6Gbps），建议使用专用电平转换芯片（如 SN75DP159）。

Q2: 如何测试 HDMI 输出？

1. 确保 HPD 被拉高（显示器已连接）。
2. 通过 I²C 读取 EDID，确认显示器支持的分辨率。
3. 发送测试图案（如彩条）验证 TMDS 信号。

Q3: 为什么 HDMI 输出无信号？

• 检查 HPD 是否有效。
• 确认 TMDS 差分对 是否交叉连接（FPGA TX+ → HDMI RX+）。
• 验证 像素时钟 是否稳定（用示波器测量）。

5. 总结

通过正确约束管脚并实现 TMDS 编码，FPGA 可驱动 HDMI 显示器输出高清视频。