USB供电的DVI/HDMI至VGA转换器解决方案

电路功能与优势

图1所示电路是一个完整的HDMI/DVI至VGA（HDMI2VGA）转换解决方案，带有模拟音频输出。它使用 ADV7611低功耗、高清多媒体接口（HDMI）接收器，可接收高达165 MHz的视频流。该电路以USB电缆供电，最高工作分辨率为1600 × 1200 （60 Hz）。

电路使用扩展显示识别数据（EDID）内容， 确保来自HDMI/DVI的视频流可达到HDMI源、转换器和视频图像适配器（VGA）显示所支持的最高分辨率。

图1. HDMI至VGA （HDMI2VGA）转换器功能框图（原理示意图：未显示所有连接）

HDMI接收器还可用来调节视频，如亮度或对比度；音频 编解码器可用来设置音频输出的音量。

该电路有很多优势。高度集成的视频接收器无需额外的现场可编程门阵列（FPGA）便可调节视频。可轻松通过I2C写入调节亮度、对比度或改变音频音量。内置式EDID存储器可减少器件数量和电路板面积。降压开关调节器允许USB端口对电路供电。通过采用业界标准的片间连接，接收器、编解码器和视频数模转换器（DAC）之间可实现直接互连。该电路使用2层印刷电路板（PCB），能以高达UXGA的分辨率（60 Hz时1600 × 1200）工作。

电路描述

ADV7611 为HDMI输入提供接收解决方案，并具有5 V电缆检测、热插拔检测线路置位和用于EDID的DDC线路。 集成了一个内部EDID RAM，可显示HDMI源。本电路中的内置色彩空间转换器（CSC）可转换任何HDMI色彩空间至8位RGB444字，适合驱动 ADV7125 视频DAC输入。它涉及如下色彩空间的转换：RGB、YCrCb（601和709）、XVYCC（601和709）以及HDMI规范中的其他色彩空间。ADV7611还支持所有444和422之间转换的采样方案。

ADV7125 视频DAC可将接收到的数字信号转换成VGA兼容模拟信号。

转换器内部的音频处理始于 ADV7611 的内置音频数据包提取模块。该器件可输出几乎任何HDMI标准；然而，后端的SSM2604 音频编解码器仅接受以44.1 kHz或48 kHz速率采 样、并以线性脉冲码调制（LPCM）的I2S数据流。为保证这种I2S数据流的正常传送，ADV7611必须提供具有适当EDID内容的HDMI源，且EDID内容必须仅有LPCM功能。

音频线路的输出信号阻抗为100Ω，并且需要一个额外的功率放大器级以便连接耳机或扬声器。

该电路采用 ADuC7020 微控制器控制。ADuC7020采用I2C SDA和SCL线路，通过 ADG736 连接，并切换到任一VGA显示数据通道（DDC）线路或主I2C总线。这种切换可以将主I2C总线从VGA I2C DDC线路中隔离，以降低任何潜在冲突的风险（以防万一监视器与其他设备共享DDC I2C，或VGADDC线路故障）。主I2C总线包含ADV7611和SSM2604 I2C从机设备。

ADuC7020 亦带有通用异步收发器（UART）线路。它们与串行编程按钮（与P0.0相连）和复位按钮共同使用，通过可执行文件对片内闪存进行编程。正常工作时，UART接口在软件开发期间还可用于调试输出或终端。它需要一个额外的电平转换器（比如 ADM3202ADM3202）通过RS232标准接口连接电脑。 ADuC7020 同时连接 ADV7611 的INT1和RESET引脚和 ADV7125的 PSAVE 引脚，用于视频DAC控制。

该电路板使用两个 ADP2301 降压开关调节器，以5 V USB电源对电路板供电。这款高效率调节器可为电路板上的器件提供3.3 V和1.8 V电源。

初始化电路板

当电路板第一次通电时，它将VGA EDID从监视器读回，对 ADV7611编程，使其接收HDMI流，并对 SSM2604 编程，使I2S音频可以通过DAC输出。

设置EDID内容

HDMI2VGA转换器确保视频显示器支持的正确视频标准可通过HDMI链路发送。HDMI规范要求HDMI源在发送视频流之前检查支持的HDMI接收器视频模式。一旦HDMI源读取了EDID内容，它便只能选择视频显示器支持的标准，理想化的情况是该标准正好最适用于该显示器。因此，要确保显示器支持输出视频，EDID内容非常重要。

音频标准的处理方法与此类似。EDID的内容中同时列出了HDMI接收器支持的音频标准。HDMI源发送的音频流必须匹配EDID内容罗列的标准之一。

ADuC7020用于读取VGA内容，以确定监视器的能力。典型监视器的VGA EDID不罗列音频能力，并且可能含有ADV7611 不支持的视频分辨率（例如超过165 MHz的像素速 率以及60 Hz时的1920 × 1200 VESA）。

因此，确保传送至HDMI源的EDID内容仅包含 ADV7611 和VGA显示通常支持的视频模式便非常重要。

为 ADV7611准备EDID

最近发送至HDMI源的EDID信息初始源包含来自VGA监视器并经过读取和更改的EDID。一旦读取，VGA EDID便将以下字节复制到内部ADuC7020 RAM作更改。一旦完成更改，它们便提供给HDMI源（通过 ADV7611 内部EDID）。

• Bytes［0:19］， 报头信息

• Bytes［19:24］， 基本显示信息

• Bytes［25:34］， 颜色坐标

• Bytes［35:37］， 已建立的位图设置（ ADV7611全部支持）

EDID的第20位字节（视频输入参数）被修改为0以表示 HDMI2VGA转换器是一种数字视频输入。

EDID的字节［38:54］包含标准时序信息。为确保所列模式无一超过165 MHz的最大像素时钟频率，STD时序信息模块中列出的每一种模式均使用如下公式计算像素时钟频率：

PCLK = （X分辨率 + 1） × （Y分辨率 + 1） × 垂直刷新率

上面的方程估算传输视频时必须使用的最小像素频率。该估算基于这样一个假设：视频仅包含一个水平同步脉冲，每行脉冲宽度仅为一个像素值，并且每帧的垂直消隐间隔 （VBI）仅一行。在实际应用中不会采用这种类型的视频，并且该估算也只是近似值。若要获得准确的PCLK值，请查找基于实际VESA标准的表格。

若计算得到的PCLK频率超过165 MHz，则EDID放弃使用该视频模式。

EDID的下一部分（字节［54:125］）由4个描述符模块占据（［54:71］、［72:89］、［90:107］和［108:125］）。该应用检查全部4个描述符模块，并鉴别出两种类型的描述符：

详细的时序描述符（起始两位字节中至少有一个为非零），用于像素时钟频率

监视器范围描述符（起始两位字节为零，第四位字节等于253），用于监视器支持的最大像素时钟频率

详细时序描述符（DTD）表示监视器的本地视频时序。起始两位字节包含像素时钟频率值。若超过165 MHz，则整个描述符由适合640 x 480 （60 Hz）视频模式的DTD模块替换。

监视器范围描述符包含监视器可处理的最高PCLK频率信息。若它超过165 MHz，则将其设为等于165 MHz。

标准EDID的最终模块包含两个字节。

第126位字节给出额外EDID模块的数目。本应用以1覆写此字节以提供一个额外的EDID。

第127位字节是校验和字节。

额外的EDID模块（CEA-861类型）长度为128字节，包含音频能力和可支持视频标准的640 x 480像素的描述信息。该模块的主要目的是为HDMI源提供音频能力信息：带有左前置和右前置扬声器的立体声LPCM，44.1 kHz、48 kHz和32kHz。CEA-861模块还包含所支持视频标准的额外信息，如YCbCr444和YCbCr422，以及标准RGB。