关于RK3399开发板硬件设计的二三事

2020-12-15 00:00:00 设计 接口 信号 电平 阻抗
在2020开年之际，飞凌嵌入式推出新一代高性能平台——FET3399-C核心板，该款核心板基于瑞芯微公司的RK3399六核64位“服务器级”处理器设计。其配套的底板OK3399-C也同步发布。
该平台具备高性能、高扩展和全能型等特点。
OK3399-C开发板 板载了一路标准HDMI Type-A接口，支持到HDMI2.0标准，高达4kx2k @ 60Hz的显示分辨率，其主要特点如下：

·Single Physical Layer PHY with support for HDMI 1.4 and 2.0 operation

·For HDMI operation, support for the following:

HPD input analog comparator

13.5–600MHz input reference clock

Up to 10-bit Deep Color modes

Up to 18Gbps aggregate bandwidth

Up to 1080p at 120Hz and 4kx2k at 60Hz HDTV display resolutions and up to QXGA graphic display resolutions

3-D video formats

·Link controller flexible interface with 30-, 60- or 120-bit SDR data access

·Support HDCP 1.4/2.2

HDMI2.0简介  

HDMI接口又叫高清晰度多媒体接口（英文：High Definition Multimedia Interface，HDMI），这是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影像信号，且无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。HDMI可以说是目前主流，实用性方便的显示接口，具备热插拔的功能，其物理层如下： 


 

作为硬件工程师我们更关心物理层的实现以及原理和PCB设计的方法。在高速信号设计之前我建议大家先看一下HDMI协议，了解其电气特性。 

原理设计


注意 ▶ 

❶ SDA，SCL在连接器端是5V电平；CEC信号在连接器端是3.3V电平。需要做电平转换。

二极管的作用是防止电流从设备端倒灌进入主板，建议选用压降小的肖特基二极管。

❷ 关于5V电压也有一些注意事项，其电流不会超过55mA，在走线时注意走线宽度即可。All HDMI Sources shall be able to supply a minimum of 55 mA to the +5V Power pin.A Sink shall not draw more than 50 mA of current from the +5V Power pin. When the Sink is powered on, it can draw no more than 10mA of current from the +5V Power signal.

❸ ESD器件请靠近HDMI接口放置，推荐使用HDMI2.0专用的ESD器件，电容大不超过0.4pF。

❹ 关于热插拔检测引脚HPD在协议规范中也有其特定的工作范围，但是在OK3399-C平台上只需串联1k限流电阻即可。

PCB设计 


HDMI2.0的理论带宽是18Gbps，4Kx2K@60Hz其时钟频率已经达到了600MHz，因此对于pcb layout是一个巨大的考验。 


❶ HDMI信号的参考时钟为HDMI_TXC，所以包含时钟在内的四组差分对都需要做等长处理，等长要求见上表，差分阻抗要求100Ω±10%
❷ ESD器件靠近HDMI连接座放置。


❸ HDMI信号需要保证走线参考面是一个连续完整的参考面，不被分割，否则会造成差分线阻抗的不连续性并引入外部噪声对的影响。在PCB表层走线请注意用地线做整组包地处理；差分对之间保证3倍线宽间距，不需要伴随地走线。
❹ FET3399-C核心板的线序可以将整组HDMI信号直接顺序连接到HDMI座子，走线不需要打孔，避免了因为换层造成的阻抗变化。

掌握了以上硬件设计的注意点，请尽情享受点亮4K显示的惊艳效果吧。
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