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在工業控制領域, 經?？吹绞褂肏DMI電纜線來連接顯示器，從而監控整個生產過程中的各個關鍵指標。有時顯示器離整個生產線特別遠，HDMI電纜線不夠長，我們往往需要引入信號隔離方案，使得信號能傳遞更遠的距離。
本文將介紹兩種不同的HDMI信號隔離方案——光纖信號隔離方案和專用芯片信號隔離方案——希望對大家有所啟發。
什么情況下HDMI需要信號隔離？
如下圖，這是一個使用HDMI電纜線來連接顯示器與人機交互界面（HMI）的應用。一般情況下，HDMI的電纜長度可以支持15米，從而可以方便地布線到觸摸屏顯示器和控制室。
圖1：工業控制領域，通過HDMI連接顯示器(圖片來源：ADI)
但是在惡劣的工業環境中，將HDMI的電纜長度進一步延長可能會帶來挑戰，因為EMC危害會影響布線，干擾信號傳輸。這時往往需要考慮對于HDMI進行信號隔離，降低EMC對信號傳輸的影響，從而延長傳輸距離。
傳統上，在高速接口上增加信號隔離是一項非常重要的任務。一般超過250Mbps的數據速率超出了光耦和大多數數字隔離器的能力。
比如，對于一個在60Hz下傳輸24位顏色、分辨率為1920×1080（1080p）的視頻鏈路，如果要對這個視頻鏈路進行信號隔離，我們需要4.4Gbps總帶寬的隔離器，才能保證視頻的流暢傳輸。
光纖信號隔離解決方案
光纖信號隔離解決方案中，銅介質到光纖的轉換需要一個串行器、一個反串行器和電-光轉換器。同時要求光纖具有足夠的帶寬。這種方案速度快，傳輸距離長，可以長距離傳輸4K視頻，但是相對的成本也非常高。
圖2：HDMI信號到光纖 (圖片來源：ADI)
Digi-Key可提供的光纖信號隔離技術資源如下：
專用信號隔離芯片
當然，使用標準數字隔離器也可以實現這個功能。我們以每個標準數字隔離器150Mbps的速度運行。該方案還需要一個串行器、一個解串器，如果要實現4.4Gbps的總帶寬，相當于需要30多個標準數字隔離器。顯然，這種方案不太合理，我們就不繼續討論下去了。
圖3：HDMI信號到數字隔離器 (圖片來源：ADI)
另一個技術選項是使用專用的芯片解決這個問題。比如，使用ADI的ADN4654系列低電壓差分信號（LVDS）數字隔離器。
圖4：HDMI信號到千兆LVDS隔離器 (圖片來源：ADI)
通過利用ADN4654的千兆數據速率，可以降低系統的復雜性，并且僅使用兩片ADN4654即可實現4.4Gbps帶寬。每個設備有兩個通道，總共有四個通道，每個通道上的工作速率可以高達1.1Gbps。
● ADN4654 Demo板EVAL-CN0422-EBZ
EVAL-CN0422-EBZ是一塊即插即用的評估板，針對HDMI 1.3a端口，可實現信號隔離。與iCoupler?隔離技術結合在一起，通過絕緣屏障傳輸必要的電源和高速視頻及控制信號。
圖5：ADN4654評估板：EVAL-CN0422-EBZ（圖片來源：ADI）
HDMI 1.3a協議中的視頻數據通過四個TMDS（最小化傳輸差分）通道傳輸：三個數據通道（對應紅綠藍）和一個時鐘通道。每個車道必須單獨隔離。
圖6：HDMI視頻數據通過TMDS通道傳輸
如圖7，雖然TMDS與LVDS（低電壓差分）稍有不同，但可以使用CML（電流模式邏輯），即一些簡單的無源組件來實現與LVDS兼容設備的兼容性。
圖7：使用簡單的無源組件來實現TMDS與LVDS兼容（圖片來源：ADI）
這些無源組件與兩個雙通道千兆ADN4654隔離LVDS收發器結合使用，以隔離四條TMDS通道。可實現高達110MHz的像素時鐘頻率，以60Hz的幀速率支持720p分辨率。
本文小結
使用信號隔離的方法，可以延長HDMI的傳輸距離。特別是利用專用信號隔離芯片，可以有效地在HDMI源端和HDMI接收端之間實現安全、無噪連接，為開發者提供了隔離高帶寬接口的新選項。
