2024年5月20日发(作者：睢然)

HDMI信号接口及显示规范

1：范围

本规范规定了视频产品接收设备中HDMI信号外部接口互连的电气特性和机械配

接要求。

本部分适用于视频产品接收设备间标准接口HDMI信号的连接。

规范参考文件

《High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3》

高清晰度多媒体接口标准

《

DDWG(Digital Display Working Group

》数字显示标准

《

EIA/CEA-861>电子产品行业标准

》

《

High-bandwidth Digital Content Protection System Revision 1.2

》

高速数位带宽保护标准

《Video Electronics Standards Association》

2:

术语及定义

A:

HDMI （High Definition Multimedia Interface）高解晰度多媒体数位传输界面,是基于

DVI（Digital Visual Interface）的基础上延伸出的新定义，适合在数码电视、DVD播放机、机

顶盒以及其它数码视听产品中使用。在保持高质量的情况下能够以数码形式传输未经压缩的

高分辨率视频和多声道音频资料, 频宽也从原来的165Mhz提高到

340Mhz(25Mhz---340Mhz),最高资料传输速度：10.2Gbps, ,，此外HDMI功能还支持

EDID,DDC2B, 因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之

间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式, 最重要一点就是含有HDMI

功能的产品必须通过验证(HDMI Compliance Test)才能获准使用HDMI商标.

B:

由于HDMI信号中将音频和视频信号均加载到一根电缆在线，因此不像现有模拟方式

的视听产品那样需要拉多条线。HDMI中采用了适合在数码携带型摄像机上使用的小型接口。

另外，还支持家电产品业内团体Consumer Electronics Association（CEA）的标准规格

EIA/CEA-861x。

同时

C:

何为DDC2B?

是指主机与显示设备准双向通讯的协议标准，主要基于I2C 通讯协议。只有主机向

显示设备发出需求信号，并得到显示器的响应后，显示设备才会像主机送出EDID 资

料

D

:何为HDCP?

HDCP(High Speed Digital Content Protection)是一种利用数码加密技术行为，作为现今串行传

输之数据保护用途

E:

HDMI……DVI+

A: +Audio

B: +YCbCr Video (Television color space)

C: +Small CE Friendly Connetor

D: +CE Control bus

E: +Other Control and configuration capabilities

3:

HDMI Block Diagram

4:

信号的波形:

HDMI: 4 differential signal pairs : 3 data channels, 1 clock channel

具体波形如下:

5:

相关信号Level标准:

A: TMDS –Termination Voltage (差分信号终极电压)

Criteria: 3.125 V ≤ VTERM (TMDS ±Data) ≤ 3.475 V

(

Please refer to P.45 of HDMI CTS 1.3 for details)

B: TMDS – Minimum Differential Sensitivity (差分信号最小纹波电压)

Criteria:

V

DIFF

(minimum) < 150 mV

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

C: TMDS – Intra- Pair Skew

Criteria:

If TMDS clock frequency <= 222.75MHz(225Mhz)

Inter-Pair Skew < 0.4 T

BIT,

then FAIL

If TMDS clock frequency > 222.75MHz(225Mhz)

Inter-Pair Skew < 112psecs + 0.15 T

BIT

, then FAIL

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

(注意:

T

BIT:

Time duration of a single bit carried across the TMDS data channels)

D: SDA/SCL Line Capacitance (SDA/SCL 对地电容值)

Criteria:

HDMI Source Cable Assembly HDMI Sink

SDA – DDC/CEC Ground 50pF 700pF 50pF

SCL – DDC/CEC Ground 50pF 700pF 50pF

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

E: SDA/SCL Line

Voltage (SDL/SCL数据通道电压)

Criteria: (When power on)

4.5V≤SDA≤5.5V

4.5V≤SCL≤5.5V

F: HPD Output Voltage and Output resistance

(HPD pin输出电压和输出阻抗)

Criteria:

1:

Set the +5V Power pin to 0.0V

0.0 V

≤

V

HPD

≤

0.4 V

2: Set the +5V Power pin to 4.8V and 5.3V

2.4 V

≤

V

HPD

≤

5.3 V

3:

Output resistance

: 800 Ω

≤

Z

HPD

≤

1200 Ω (Z

HPD =

1000 ohms ±20%)

(Please refer to P.53 of HDMI CTS 1.3 for details.)

G: +5V Power Max Current(+5V的最大电流)

Criteria:

1: Sink DUT is Power ON

I

SINK

≤

10 mA,

2: Sink DUT is Power OFF , Unplugged from AC

I

SINK

≤

50 mA,

(Please refer to P.51 of HDMI CTS 1.3 for details.)

H: CEC Line

N/A Please Supplement 1Consumer Electronics Control (CEC)

I：HDMI Impedance （阻抗要求）

Criteria:

Connector Area :

Type A: 100 ohms ±15%

Type C: 100 ohms ±25%

Transition Area :

100 ohms ±15%

Cable Area :

100 ohms ±10%

(Please refer to P18 of HDMI CTS 1.3 for details.)

6: HDMI Support Video format

A: SXGA:1280x1024@85Hz

B: UXGA:1600x1200@60Hz

C: SDTV:480i.480p.576i.576p

D: HDTV:720p.1080i.1080p

7: HDMI传输原理解析:

A:

原理分析

TMDS是一种微分信号机制，采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础，

也是HDMI技术的基础原理。

TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数

值（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。

每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的

TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传

送10bit的数据流。而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。

HDMI Typical Frame

一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3版本前每个像素采用24bit）、

控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS每个

通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI

信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期，

分别对应上述的三种数据类型。

B:

HDMI带宽和TMDS的关系

在HDMI标准中所规定的带宽, 在1.0版本就设定为最高4.96Gbps ,而在1.3版本中规

定是10.2Gbps,这数值如何得来的呢? 请看以下公式:

串行接口带宽=系统时钟频率x数据量

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路

中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精确的闹钟一

样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说，某一运算电路的晶

振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。由此可

见，晶振的工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力

也就会越强大。而HDMI标准中，这个原理同样适用。

HDMI编码图例：3个TMDS分别传输像素点的RGB数据

HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时范围从25MHz-340MHz之间，也就是说一个

TMDS通道每秒最多能传输340MHz×10bit=3.4Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可

以传输3.40×3=10.2Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是1.2Gbps的带

宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示10.2G个像素点（一个完整的

像素点信息由R/G/B三原色信息构成）所需要的数据量。

8: HDMI AUDIO 功能

HDMI 1.0 规范在开始的时候，就定义了支持 Dolby Digita 5.1（包括 Dolby Digital EX）

和 DTS（包括 DTS-ES）。

HDMI 1.1 增加了支持DVD-Audio 的功能，

HDMI 1.2 增加了 SACD 功能。

HDMI 1.3 增加了对新的无损数字环绕音频格式 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master

Audio的支持。

此外，HDMI（除 1.0 版外）都能够传输 8 声道 192kHz、24 比特的无压缩音频，

其效果优于其它所有消费音频格式

9; HDMI Connetor Type:

以上三种型号的HDMI,我们使用的是A类型

10: HDMI Cable (HDMI线材)

HDMI传输线材的规格在HDMI系统中，另一个及其重要的技术要点, 实际上，

对于一套可靠的数字传输系统而言，特别是高速大容量的数字传输系统，传输线缆的质量将

是决定HDMI在实际应用中表现的重要因素.

在HDMI标准的规范中，可以实现最长20米的传输距离。但是要想实现20米的长距离

传输，对于使用铜芯的电缆而言，是一件非常困难的事情。因为铜芯电缆在传递频率越高的

信号时，随着距离的增加，产生的信号强度衰减问题会剧烈增加。表现在显示终端上，就是

显示分辨率和大幅降低。

HDMI 1.3标准中对连接线缆规定了两种规格，分别是：

1.标准电缆(1类)，该类电缆的支持速度高达75MHz，该速率对应的分辨率是720p和1080i；

2.高速电缆(2类)，该类电缆支持的速率高达340MHz，对应的是1080p，深彩色和高刷新率

11: HDMI兼容测试常见问题与解析：

A:

+5V电源输出

有些客户习惯性地在HDMI输出端口的电源输出通路上串联电阻，起到限流的

作用。但在HDMI Tx 的测试中会接一个吸取55mA电流的负载，然后测试输出

电压，要求电压在4.8V和5.3V之间。例如图1所示例子中串接了一个10欧姆

的电阻，结果造成输出电压为，5－10x0.055 = 4.45V < 4.8V，此项测试失败。

图2:+5V POWER

B: TMDS信号差分阻抗匹配

现在很多人在设计电路板的时候都会考虑到TMDS信号差分阻抗匹配

的要求，但往往还是会在此项测试中失败，原因在于客户选用的ESD

保护器件或者是抑制EMI用的共模扼流圈寄生电容太大，导致此项测

试失败。现在很多用于高速线路的ESD保护器件的供应商都会提供推

荐的布线方案，而且也会提供阻抗测试图，客户可以要求这些厂商提

供相关的资料。此项测试是HDMI兼容性测试中为数不多的跟硬件线路

相关的测试项目，此项失败，客户往往需要更改电路板设计，会耽误

投产和上市时间。

C:

HPD输出电压

一些设计人员喜欢使用以下电路来利用HDMI端口的5V电压，同时利用VCCD

为HDMI端口的HPD管脚提供电压，但这会违反HDMI协议中当HDMI +5V输入为0V

时, HPD电压应大于0V, 并小于0.4V的要求。这里最简单的方法是将HDMI输入端口的

＋5V电压串联一个1K的电阻直接路由回HPD管脚。当然在此还是建议读者利用一个简

单的三极管开关电路对HPD管脚加以控制，这样可以主动告知源端设备下游的设备是否

已准备好或者告之源端设备重新开始一些验证动作，例如HDCP等，这可以增强设备的

兼容性。

2024年5月20日发(作者：睢然)

HDMI信号接口及显示规范

1：范围

本规范规定了视频产品接收设备中HDMI信号外部接口互连的电气特性和机械配

接要求。

本部分适用于视频产品接收设备间标准接口HDMI信号的连接。

规范参考文件

《High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3》

高清晰度多媒体接口标准

《

DDWG(Digital Display Working Group

》数字显示标准

《

EIA/CEA-861>电子产品行业标准

》

《

High-bandwidth Digital Content Protection System Revision 1.2

》

高速数位带宽保护标准

《Video Electronics Standards Association》

2:

术语及定义

A:

HDMI （High Definition Multimedia Interface）高解晰度多媒体数位传输界面,是基于

DVI（Digital Visual Interface）的基础上延伸出的新定义，适合在数码电视、DVD播放机、机

顶盒以及其它数码视听产品中使用。在保持高质量的情况下能够以数码形式传输未经压缩的

高分辨率视频和多声道音频资料, 频宽也从原来的165Mhz提高到

340Mhz(25Mhz---340Mhz),最高资料传输速度：10.2Gbps, ,，此外HDMI功能还支持

EDID,DDC2B, 因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之

间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式, 最重要一点就是含有HDMI

功能的产品必须通过验证(HDMI Compliance Test)才能获准使用HDMI商标.

B:

由于HDMI信号中将音频和视频信号均加载到一根电缆在线，因此不像现有模拟方式

的视听产品那样需要拉多条线。HDMI中采用了适合在数码携带型摄像机上使用的小型接口。

另外，还支持家电产品业内团体Consumer Electronics Association（CEA）的标准规格

EIA/CEA-861x。

同时

C:

何为DDC2B?

是指主机与显示设备准双向通讯的协议标准，主要基于I2C 通讯协议。只有主机向

显示设备发出需求信号，并得到显示器的响应后，显示设备才会像主机送出EDID 资

料

D

:何为HDCP?

HDCP(High Speed Digital Content Protection)是一种利用数码加密技术行为，作为现今串行传

输之数据保护用途

E:

HDMI……DVI+

A: +Audio

B: +YCbCr Video (Television color space)

C: +Small CE Friendly Connetor

D: +CE Control bus

E: +Other Control and configuration capabilities

3:

HDMI Block Diagram

4:

信号的波形:

HDMI: 4 differential signal pairs : 3 data channels, 1 clock channel

具体波形如下:

5:

相关信号Level标准:

A: TMDS –Termination Voltage (差分信号终极电压)

Criteria: 3.125 V ≤ VTERM (TMDS ±Data) ≤ 3.475 V

(

Please refer to P.45 of HDMI CTS 1.3 for details)

B: TMDS – Minimum Differential Sensitivity (差分信号最小纹波电压)

Criteria:

V

DIFF

(minimum) < 150 mV

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

C: TMDS – Intra- Pair Skew

Criteria:

If TMDS clock frequency <= 222.75MHz(225Mhz)

Inter-Pair Skew < 0.4 T

BIT,

then FAIL

If TMDS clock frequency > 222.75MHz(225Mhz)

Inter-Pair Skew < 112psecs + 0.15 T

BIT

, then FAIL

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

(注意:

T

BIT:

Time duration of a single bit carried across the TMDS data channels)

D: SDA/SCL Line Capacitance (SDA/SCL 对地电容值)

Criteria:

HDMI Source Cable Assembly HDMI Sink

SDA – DDC/CEC Ground 50pF 700pF 50pF

SCL – DDC/CEC Ground 50pF 700pF 50pF

(refer to P.46 of HDMI CTS 1.3 for details.)

E: SDA/SCL Line

Voltage (SDL/SCL数据通道电压)

Criteria: (When power on)

4.5V≤SDA≤5.5V

4.5V≤SCL≤5.5V

F: HPD Output Voltage and Output resistance

(HPD pin输出电压和输出阻抗)

Criteria:

1:

Set the +5V Power pin to 0.0V

0.0 V

≤

V

HPD

≤

0.4 V

2: Set the +5V Power pin to 4.8V and 5.3V

2.4 V

≤

V

HPD

≤

5.3 V

3:

Output resistance

: 800 Ω

≤

Z

HPD

≤

1200 Ω (Z

HPD =

1000 ohms ±20%)

(Please refer to P.53 of HDMI CTS 1.3 for details.)

G: +5V Power Max Current(+5V的最大电流)

Criteria:

1: Sink DUT is Power ON

I

SINK

≤

10 mA,

2: Sink DUT is Power OFF , Unplugged from AC

I

SINK

≤

50 mA,

(Please refer to P.51 of HDMI CTS 1.3 for details.)

H: CEC Line

N/A Please Supplement 1Consumer Electronics Control (CEC)

I：HDMI Impedance （阻抗要求）

Criteria:

Connector Area :

Type A: 100 ohms ±15%

Type C: 100 ohms ±25%

Transition Area :

100 ohms ±15%

Cable Area :

100 ohms ±10%

(Please refer to P18 of HDMI CTS 1.3 for details.)

6: HDMI Support Video format

A: SXGA:1280x1024@85Hz

B: UXGA:1600x1200@60Hz

C: SDTV:480i.480p.576i.576p

D: HDTV:720p.1080i.1080p

7: HDMI传输原理解析:

A:

原理分析

TMDS是一种微分信号机制，采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础，

也是HDMI技术的基础原理。

TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数

值（“0”或者“1”）由两脚间电压正负极性和大小决定。

每一个标准的HDMI连接，都包含了3个用于传输数据的TMDS传输通道，还有1个独立的

TMDS时钟通道，以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传

送10bit的数据流。而这10bit数据，可以由若干种不同的编码格式构成。

HDMI Typical Frame

一般来说，HDMI传输的编码格式中要包含视频数据（HDMI1.3版本前每个像素采用24bit）、

控制数据和数据包（数据包中包含音频数据和附加信息数据，例如纠错码等）。TMDS每个

通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI

信息传输过程中，可以分为三个阶段：视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期，

分别对应上述的三种数据类型。

B:

HDMI带宽和TMDS的关系

在HDMI标准中所规定的带宽, 在1.0版本就设定为最高4.96Gbps ,而在1.3版本中规

定是10.2Gbps,这数值如何得来的呢? 请看以下公式:

串行接口带宽=系统时钟频率x数据量

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路

中，都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振，它就像是一个精确的闹钟一

样，电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说，某一运算电路的晶

振频率是100Hz,就是说这一电路在一秒钟内可以进行100次运算过程。由此可

见，晶振的工作频率越高，每秒所能处理的运算次数就会越多，数据的处理能力

也就会越强大。而HDMI标准中，这个原理同样适用。

HDMI编码图例：3个TMDS分别传输像素点的RGB数据

HDMI电路中的时钟频率，在最初制定时范围从25MHz-340MHz之间，也就是说一个

TMDS通道每秒最多能传输340MHz×10bit=3.4Gbit的数据，3个TMDS通道一秒就可

以传输3.40×3=10.2Gbit的数据，再加上控制数据，用标准方法表示就是1.2Gbps的带

宽。而如果用像素点来表示，那就是一秒可以传输显示10.2G个像素点（一个完整的

像素点信息由R/G/B三原色信息构成）所需要的数据量。

8: HDMI AUDIO 功能

HDMI 1.0 规范在开始的时候，就定义了支持 Dolby Digita 5.1（包括 Dolby Digital EX）

和 DTS（包括 DTS-ES）。

HDMI 1.1 增加了支持DVD-Audio 的功能，

HDMI 1.2 增加了 SACD 功能。

HDMI 1.3 增加了对新的无损数字环绕音频格式 Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master

Audio的支持。

此外，HDMI（除 1.0 版外）都能够传输 8 声道 192kHz、24 比特的无压缩音频，

其效果优于其它所有消费音频格式

9; HDMI Connetor Type:

以上三种型号的HDMI,我们使用的是A类型

10: HDMI Cable (HDMI线材)

HDMI传输线材的规格在HDMI系统中，另一个及其重要的技术要点, 实际上，

对于一套可靠的数字传输系统而言，特别是高速大容量的数字传输系统，传输线缆的质量将

是决定HDMI在实际应用中表现的重要因素.

在HDMI标准的规范中，可以实现最长20米的传输距离。但是要想实现20米的长距离

传输，对于使用铜芯的电缆而言，是一件非常困难的事情。因为铜芯电缆在传递频率越高的

信号时，随着距离的增加，产生的信号强度衰减问题会剧烈增加。表现在显示终端上，就是

显示分辨率和大幅降低。

HDMI 1.3标准中对连接线缆规定了两种规格，分别是：

1.标准电缆(1类)，该类电缆的支持速度高达75MHz，该速率对应的分辨率是720p和1080i；

2.高速电缆(2类)，该类电缆支持的速率高达340MHz，对应的是1080p，深彩色和高刷新率

11: HDMI兼容测试常见问题与解析：

A:

+5V电源输出

有些客户习惯性地在HDMI输出端口的电源输出通路上串联电阻，起到限流的

作用。但在HDMI Tx 的测试中会接一个吸取55mA电流的负载，然后测试输出

电压，要求电压在4.8V和5.3V之间。例如图1所示例子中串接了一个10欧姆

的电阻，结果造成输出电压为，5－10x0.055 = 4.45V < 4.8V，此项测试失败。

图2:+5V POWER

B: TMDS信号差分阻抗匹配

现在很多人在设计电路板的时候都会考虑到TMDS信号差分阻抗匹配

的要求，但往往还是会在此项测试中失败，原因在于客户选用的ESD

保护器件或者是抑制EMI用的共模扼流圈寄生电容太大，导致此项测

试失败。现在很多用于高速线路的ESD保护器件的供应商都会提供推

荐的布线方案，而且也会提供阻抗测试图，客户可以要求这些厂商提

供相关的资料。此项测试是HDMI兼容性测试中为数不多的跟硬件线路

相关的测试项目，此项失败，客户往往需要更改电路板设计，会耽误

投产和上市时间。

C:

HPD输出电压

一些设计人员喜欢使用以下电路来利用HDMI端口的5V电压，同时利用VCCD

为HDMI端口的HPD管脚提供电压，但这会违反HDMI协议中当HDMI +5V输入为0V

时, HPD电压应大于0V, 并小于0.4V的要求。这里最简单的方法是将HDMI输入端口的

＋5V电压串联一个1K的电阻直接路由回HPD管脚。当然在此还是建议读者利用一个简

单的三极管开关电路对HPD管脚加以控制，这样可以主动告知源端设备下游的设备是否

已准备好或者告之源端设备重新开始一些验证动作，例如HDCP等，这可以增强设备的

兼容性。