目前商店里大多數的高清電視都具有模擬高清分量視頻輸入(YPbPr)輸入端子以及單一的高清數字輸入端子(如DVI或HDMI)?，F在，利用帶有HDMI輸出端子的機頂盒，許多消費者都能夠接收有線電視公司的數字高清節(jié)目內容。在這種應用中，許多高清顯示器中已有唯一的HDMI輸入端子，因此不能連接其它HDMI數據源。

圖1：高帶寬HDMI開關FSHDMI04應用結構框圖

微軟和索尼的下一代游戲平臺都具有HDMI輸出，讓玩家能盡情享受全數字化的高清體驗。預計到明年，高清DVD標準的大戰(zhàn)將有定論，市場上將迅速推出采用HDMI輸出的高清DVD播放器。這些市場趨勢顯示出對于帶多個HDMI輸入端子顯示器的需求。顯示器設計工程師意識到家用數字設備即將出現迅猛增長，因此正在下一代高清顯示器產品中增加更多的數字輸入端口。

雖然設計工程師能夠利用更貴的HDMI接收器芯片來滿足這個需要，但許多都仍然選擇保留現有的單輸入HDMI接收器，并使用HDMI/DVI開關來進行轉換，因為這種選擇能實現最短的設計周期，以及更重要的是最低的總體系統成本。由于系統成本是驅動HDTV普及的一個主要因素，故享有總體成本的優(yōu)勢非常重要。

系統應用

HDMI開關能夠復用當前已具備單HDMI輸入端子的設計，因此有助于簡化設計和降低總體系統成本，首批因這些產品而受益的主要應用包括各種格式的高清視頻顯示器、CRT、LCD、DLP和等離子等。這些產品中無需使用更新更貴的雙輸入接收器，只是增加第二個端口，HDMI開關就可以對現有已采用單HDMI輸入端子的設計迅速進行升級。HDMI開關(如FSHDMI04)只需簡單地插入到選定的HDMI接收器和兩個HDMI連接器之間。

對于一個完整的解決方案，還需要能發(fā)送更高電壓及更低頻率的控制信號。建議使用一個至少165MHz的簡單5V四通道SPDT開關(例如FSAL200或FSAV330)。這些控制信號用于接收器和數據源之間的首次握手，數據源根據這些控制信號來確定接收器能夠處理什么樣的視頻分辨率。只需要FSHMDI04和第二個用于發(fā)送控制數據的開關，就可以在單輸入設計上完全實現第二個HDMI輸入接口。

這種配置能讓用戶將數字機頂盒(STB)和游戲機或未來具HDMI功能的高清DVD播放機連接到顯示器上。利用標準的單輸入顯示器，用戶必須拔去STB才可通過HDMI線纜播放電影或視頻游戲。對此，用戶還可采用另一種方案，利用HDMI線纜保留STB的連接，并使用YPbPr連接DVD播放機或游戲機。雖然這種方法可以連接高清節(jié)目內容，但卻需要在模擬和數字格式之間進行兩次轉換，因此其最終質量會較HDMI提供的純數字連接低。

未來將會采用HDMI開關的主要應用之一是筆記本電腦?，F在，許多筆記本電腦都具有適用于現有DVD的標準清晰度S視頻輸出端子，但由于預期高清DVD標準將會很快獲得采用，加上新一代游戲機將適用于高清游戲，下一代筆記本電腦和塢站(docking station)轉向HDMI輸出是很自然的事。在這種應用中，HDMI開關應允許筆記本電腦和塢站外接HDMI連接器，當筆記本電腦插接或未插接時便可以自動進行切換，這就使得擁有高清DVD驅動器的筆記本電腦用戶能夠在其數字高清電視或數字顯示器上觀看高清電影。

HDMI和DVI概述

HDMI是兩者之中較新的一種格式，基于老的DVI規(guī)范。DVI只能處理視頻數據，HDMI卻可包含音頻及視頻數據，并通過稱為高清內容保護(HDCP)的數字加密協議形式提供更強的內容保護功能。由于HDMI連接涵蓋視頻和音頻數據，因此可在數據源和接收器之間實現單一連接。兩種格式都遵循相同的電氣規(guī)格，所以像FSHDMI04等無源視頻開關便不能區(qū)分出HDMI或DVI信號。這種共享的電氣規(guī)格稱為最小化傳輸差分信令(TMDS)，在每一鏈路中使用了由3個數據對與1個時鐘對組成的4個差分對。HDMI在兩種基本數字配置之一(單鏈路或雙鏈路)上傳輸數據。任一給定鏈路的最大帶寬是4.95Gbps(3個TMDS對每個并行傳輸的速率為1.65Gbps)，對應于165MHz的最大時鐘頻率。

數據和時鐘頻率不同的原因在于數據以稱作像素的10位數據包發(fā)送。對清晰度要求低于165兆像素/秒的顯示器而言，單一鏈路連接已經足夠。假若清晰度要求在165兆像素/秒和350兆像素/秒之間，可使用第二條鏈路并行發(fā)送數據。由于兩條鏈路共享一個時鐘對，因此最大的時鐘頻率始終為165MHz。

DVI是市場上第一個標準化的純數字視頻連接。像HDMI一樣，它對單或雙鏈路配置的需求取決于所選的顯示器清晰度、顯示器類型和相應的刷新頻率。DVI連接在電腦應用中仍然相當普及，許多系統都具有DVI輸出以便實現至數字LCD顯示器的直接數字連接。例如，一個刷新頻率為60Hz的高清LCD顯示器(1,920x1,080)可利用單鏈路DVI和約130MHz的時鐘頻率連接。

由于DVI和HDMI的基本電氣特性都是基于同一標準，像FSHDMI04這樣的開關適用于這兩種數字視頻格式。

HDMI/DVI的應用挑戰(zhàn)和關鍵規(guī)范

HDMI和DVI的數據速率都非常高，并允許傳輸未經壓縮的數字視頻。在單鏈路HDMI連接中，每個TMDS對將以高達1.65Gbps的速率傳輸數據，較高速USB快三倍。因此當利用高速數據傳輸協議進行設計時，出現了新的應用挑戰(zhàn)。在這個環(huán)境中，以前微不足道的寄生電容、線載(line loading)和信號失配都可能導致誤碼率的增加，甚至造成發(fā)送或接收數據的失敗。

此外，HDMI和DVI規(guī)范的編寫者從不會想到在發(fā)送器和接收器之間的信號路徑中插入無源高頻低損耗開關。認真閱讀HDMI和DVI的規(guī)范便可明顯發(fā)現這一點，因為在電氣規(guī)范中幾乎沒有留給加入的非理想開關器件帶來的變化余地。因此，HDMI和DVI高性能開關生產商必須針對應用的特定需求謹慎定制其產品，否則將不能在系統中正常工作。以下是一些關鍵的功能特性，根據這些特性可以判定開關能否在高速環(huán)境下工作。

1. 導通電容與導通阻抗

開關的導通電容是判斷開關對TMDS數據流影響的最重要因素。過大的開關電容會導致信號弧形邊緣，造成較慢的上升和下降速度。其結果是，系統的抖動增加，相應的誤碼率增大。通道的電容失配對HDMI和DVI規(guī)范的影響很大，使得要滿足非常嚴苛的偏移(skew)規(guī)范更加困難。

例如，當以最高速率傳輸數據時，差分對內偏移不能超過0.15Tb，亦即不能大于90ps。HDMI/DVI開關設計工程師必須面對的一個設計問題是導通電容和導通阻抗的折衷。低導通電容和高帶寬性能需要付出增加導通阻抗的代價。這個折衷是不可避免的，這也正是HDMI/DVI開關必須針對有關應用進行設計的基本原因之一。

許多設計工程師都很熟悉電壓驅動應用，并因此很自然地認為導通阻抗是開關選擇中最重要的規(guī)格。這是因為在電壓源應用中，導通阻抗往往會引起插入損耗和信號衰減。但幸運的是，HDMI和DVI信號并沒有這個問題，因為它們使用具有終結電阻的電流源來建立信號電平。

當知道TMDS信號的典型信號范圍為AVCC到AVCC-0.5V就能夠得出結論，電流源將設置為通過50歐姆的偏置電阻(RT)提供10mA電流，以建立接收器輸入電壓。由于TMDS傳輸線是由電流驅動，開關上的插入損耗要比電壓驅動應用少得多。采用恒定的10mA電流源，不論電阻上的電壓降為多大，都能在接收器輸入端提供正確的電壓(由于沒有理想的電流源，故需記住開關的導通阻抗不能過大)。

因此，HDMI/DVI開關的導通電容應該很小。當面對導通電容/導通阻抗的折衷問題時，應當選擇較低的導通電容，因為導通電容對系統性能的影響相對較大。

2. 帶寬

第二個重要的開關特性是帶寬。要以最大的速率傳輸數據，HDMI/DVI開關就必須具有至少825MHz的帶寬(因為數據速率傳輸為1.65Gbps，并同時在上升和下降沿觸發(fā))。由此得知在0到825MHz的頻率范圍上，開關的信號損耗不得大于3dB。當傳輸最高視頻分辨率信號時，如果開關不能達到這種性能，將會使數據流嚴重衰減，從而導致HDMI或DVI接收器無法對數據進行恢復。此外，較窄的帶寬會縮短系統可接受的纜線長度，使得最終的設計對于消費者的吸引力大減。基于這些原因，HDMI/DVI開關至少應該具有825MHz的帶寬。

3. 阻抗匹配以減少反射

最后，必須考慮阻抗匹配以及在高速數據線路上增加開關對于信號反射產生的影響。雖然HDMI/DVI開關不可能完美地匹配傳輸線的線阻抗，但是這些開關仍可通過設計使信號反射減至最小。通過選擇具有低導通電容和導通阻抗的HDMI開關，便可以將總系統反射降至最小。就信號反射而言，最好選擇較低的導通電容和較高的導通阻抗，這會使開關輸入端的電壓駐波比(VSWR)具有較大的幅值，有助于補償稍高的導通阻抗導致的任何損耗，并同時允許加性眼圖波罩余量(eye mask margin)。