HDMI接收端物理层电路设计与实现

论文摘要

家庭影音娱乐从以往的DVD播放机到数字高清电视,多媒体接口传输的数据量越来越大,同时还对数字传输的实时性及稳定性提出了更高的要求。所以高速传输的数字接口DVI(Digital Visual Interface)、HDMI(High Definition Multimedia Interface)应运而生。本论文的主要目标是基于SMIC 0.13μm CMOS逻辑制程工艺,分析、研究并设计了符合HDMI 1.3版本标准的HMDI接收端物理层电路,实现传输速率可达4.95Gbps的TMDS数据恢复、解码器。设计采用一个25MHz至165MHz的CPPLL实现四十个Phase的产生,以及一个解串器利用这四十个Phase对串行数据进行四重过采样。一个数据恢复电路分析、选择最合适采样数据并利用TMDS解码器进行解码。本论文给出了HDMI接收器物理层电路基本原理及架构设计;探讨了HDMI核心编码、解码原理;研究了高速串行传输的时钟数据偏斜及消除方法;提供了完整电路结构、电路设计流程和版图设计,以及实际应用环境中的测试结果。对本IP的IC测试版测试表明,该设计可以完整接收电脑显卡发送的数据并在实验室环境中点亮LCD显示屏幕,实现了设计目标。作为一篇工程硕士论文,本论文着重从工程实现角度出发,结合理论分析方法,阐述具体实现过程中所遇到的实际问题的解决过程,提出解决问题的方向,方法及最终结果,实现了从理论到实际工程产品的转化。同时,本论文也试图通过一个符合国际先进标准的复杂IP的产生过程,尝试探讨工程项目管理的方法与理念,以期能一窥国内IC基础研究发展迅速而业界高端IP、IC数量稀缺的不平衡状态现状。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 常见模拟多媒体专用接口介绍
• 1.2.1 RF 射频接口
• 1.2.2 AV 接口
• 1.2.3 S-VIDEO 端子
• 1.2.4 YCbCr 色差接口
• 1.2.5 VGA 接口
• 1.3 常见数字视频专用接口介绍
• 1.3.1 DVI（Digital Video Interface）
• 1.3.2 HDMI（High Definition Multi-Media Interface）
• 1.4 HDMI 功能简介
• 1.5 多媒体专用接口的发展及未来
• 1.5.1 从模拟到数字
• 1.5.2 数字接口发展展望
• 1.6 本章小结
• 第二章 HDMI 链路基础架构及基本原理
• 2.1 HDMI 链路信号及编码
• 2.1.1 HDMI 的传输模式（Operation Modes）
• 2.1.2 HDMI 传输期间及对应的编码方法
• 2.2 HDMI 链路电气连接特性及要求
• 2.2.1 差分信号传输特点
• 2.3 HDMI 接收端的兼容性标准介绍
• 2.3.1 AC 标准
• 2.3.2 数据恢复误码率标准
• 2.4 本章小结
• 第三章 时钟数据恢复系统关键参数及关键模块分析
• 3.1 HDMI 接收端功能模块
• 3.1.1 高速差分信号接收模块
• 3.1.2 锁相环模块
• 3.1.3 数据采样/解串器模块
• 3.1.4 数据恢复模块
• 3.1.5 解码器模块
• 3.2 PLL 设计分析
• 3.2.1 PLL（带电荷泵的锁相环）的基本架构及特性分析
• 3.2.2 CPPLL（带电荷泵的锁相环）的基本架构及特性分析
• 3.2.3 CPPLL 的基本特性及参数
• 3.2.4 HDMI 接收端中锁相环设计考虑
• 3.3 SAMPLE/DES 模块
• 3.3.1 高速采样系统的过采样设计
• 3.3.2 高速串行传输（可看作是异步信号传输的一种）采样模块的亚稳态
• 3.4 本章小结
• 第四章 接收端电路详细设计与实现
• 4.1 数模混合设计技术及EDA 环境介绍
• 4.1.1 CMOS 工艺及数模混合设计技术
• 4.1.2 HDMI 接收端物理层设计项目的特性及适用设计策略
• 4.2 系统设计
• 4.2.1 系统级设计及原理介绍
• 4.2.2 详细设计及问题解决方案
• 4.3 工艺选择
• 4.4 系统级仿真结果
• 4.4.1 差分接收器电路仿真结果
• 4.4.2 CPPLL 仿真结果
• 4.4.3 混合仿真结果
• 4.5 版图设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 芯片测试及结果分析
• 5.1 多项目晶圆
• 5.2 测试环境及方案介绍
• 5.2.1 测试环境介绍
• 5.2.2 测试方案介绍
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 测试方案（一）测试结果
• 5.3.2 测试方案（二）测试结果
• 5.4 结果分析及本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文