明德扬4K_HDMI FMC板卡用户手册

  发布时间:2023-10-02  |    作者:管理员  |  浏览量:1037

1  4K_HDMI FMC板卡概述

深圳明德扬科技教育有限公司(简称MDY)研发了一款低成本的4K_HDMI FMC板卡, FMC接口采用的是HPC(高针数)类型,对于市面上的具有FMC_HPC接口的开发板都兼容。通过FMC接口与FPGA主板相连的模式来设计组成完整的开发。FMC的型号选用SAMTEC公司的asp-134488-01。该HDMI FMC板卡扩展了一路HDMI输出接口和一路HDMI输入接口。HDMI FMC板卡是一款支持4K 60帧的HDMI 输入输出开发模块,该模块采用IT68051作为HDMI接收器,接收到的数据通过FMC接口与FPGA相连,采用LT2611UX作为HDMI发送器,通过FMC接口接收FPGA发送到LT2611UX的LVDS视频数据。 HDMI FMC板卡主要原理框图如图1所示,HDMI FMC板卡结构尺寸图如图2所示。



 HDMI FMC板卡原理框图


HDMI FMC板卡结构尺寸图

2主要接口介绍

2.1 HDMI IN接口

IT68051是双端口HDMI2.0b接收器,支持6.0Gbps /通道的功能,每个端口的带宽高达18Gb/s。端口0还可以支持在HDMI2.0b和MHL2.2双模式下运行,它与MHL2.2、HDMI 1.4b/ HDMI2.0b,HDCP 1.4 / HDCP2.2完全兼容,并向后兼容DVI 1.0规范。IT68051具有深色功能(最高36位),可确保可靠接收高质量的未压缩视频内容,以及数字格式的DTS-HD和Dolby TrueHD等最先进的未压缩和压缩数字音频内容电视和投影仪。IT68051还支持所有与HDMI 2.0 3D规范兼容的主要3D格式。HDMI IN接口电路图如图3所示。



3 HDMI IN接口电路图

除了支持各种视频输出格式外,IT68051还接收并提供多达12个通道的I2S数字音频输出,采样率高达192kHz,采样大小高达24位,从而可以直接连接到行业标准的低成本音频DAC。此外,还提供了一个S / PDIF输出,以支持高达192kHz帧频的压缩音频。超级音频光盘(SACD)通过DSD(直接流数字端口)端口最多支持8个通道和88.2kHz。IT68051还通过两个接口提供了高比特率(HBR)音频:四个I2S输出端口或S/PDIF输出端口。通过两个接口,最高可支持的HBR帧速率高达1536kHz。IT68051支持将4Kx2K @ 60/50Hz缩减至1080P @ 60/50Hz。它支持60位LVTTL接口,以将各种视频内容传输到下一级视频处理器。通过输出接口,IT68051可以支持4K2K @ 60 UHD视频分辨率输出。IT68051还支持视频分离模式,该模式通过输出接口将一个18Gb/s 4Kx2K @ 50/60Hz HDMI2.0b流分离为两个9Gb/s 2Kx2K @ 50/60Hz流。每个IT68051都预编程有唯一的HDCP密钥,符合HDCP标准,从而可以安全传输高清内容。IT68051的用户无需购买任何HDCP密钥或ROM。

2.2 HDMI OUT接口

LT2611UX是一款适用于STB(机顶盒),DVD应用的高性能LVDS至HDMI2.0转换器。LVDS输入可配置为具有1个高速时钟通道和3〜4个高速数据通道的单端口,双端口或四端口,最大速度为1.2Gbps/lane,可支持的总带宽高达19.2Gbps。LT2611UX支持用于2D和3D应用程序的灵活的视频数据映射路径。HDMI2.0输出支持高达6Gbps的数据速率,从而为4k @ 60Hz视频提供足够的带宽。HDCP2.2还支持数据加密。HDMI OUT电路图如图4所示。


图4 HDMI OUT电路图


该芯片有两个数字音频输入接口:I2S和SPDIF。I2S接口支持8通道LPCM,而SPDIF接口支持2通道LPCM或压缩音频,两者的最大采样率均为192kHz。

该器件具有自动操作能力,这由集成微处理器启用,该微处理器使用嵌入式SPI闪存存储固件。也可以通过配置I2C从接口来进行系统控制。

2.3 STM32芯片

HDMI FMC板卡上添加了一片stm32f10xrxt2芯片,用来配置HDMI接口芯片,我们提供配置的固件,stm32f10xrxt2芯片电路图如图5所示。


图5 stm32f10xrxt2芯片电路图


2.4 电平转换芯片

HDMI FMC板卡放置了516通道的电平转换芯片,型号为sn74avc16t245,配合IT60851接口芯片完成适应FPGA开发板间的信号电平转换。电平转换芯片电路原理图如图6所示


图6电平转换芯片电路原理图


2.5 HPC FMC接口

FMC:英文全称,FPGA Mezzanine Card。是一个应用范围、适应环境范围和市场领域范围都很广的通用模块。FMC连接器是FMC的一个重要组成部分,它连接由FPGA提供的引脚和FMC子板的I/O接口。高性能引脚速度可以达到几个Gb/sFMC的引脚分为电源信号引脚、JTAG信号引脚、IIC信号引脚、地址设置引脚、相应的控制检测信号引脚、以及吉比特接口信号引脚(gigabit interface)和普通用户信号引脚(user defined pins)及其时钟信号引脚。其中的信号传输及其时钟信号引脚都是按照差分对标准来定义的。HPC FMC硬件电路图如7所示。


图7 HPC FMC硬件电路图


2.6供电电路

通过FMC接口FPGA开发板供电,主要有12V3.3V 以及VADJ

HDMI FMC板卡器件共需要4种电源,分别是5.0V3.3V1.2V1.0V。其中5V3.3V通过TI公司的电源芯片TPS562208DDCRTPS54620产生电路如图8和图9所示


图8  5V电源产生电路

图9  3.3V电源产生电路


1.2V1.0V主要为接口芯片供电,通过TI公司的TLV62065DSGR产生。电路如图10和图11所示


图10  1.2V电源产生电路

图11  1.0V电源产生电路



 总结

深圳明德扬科技教育有限公司研发了一款低成本的4K_HDMI FMC板卡HDMI FMC板卡扩展了一路HDMI输出接口和一路HDMI输入接口,非常方便用户进行二次开发。



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