HDMI und DisplayPort: Eine praktische Einführung
Bevor auch nur ein einziges Pixel bewegt wird, muss die Quelle wissen, dass ein Display vorhanden ist und was es akzeptieren kann. Diese Kommunikation läuft über zwei langsame Leitungen, und hier beginnen die meisten "Kein Signal"-Probleme.
Kurze Antwort
- HDMI: drei Datenkanäle plus ein Takt (TMDS), 100 Ω differenziell, sowie DDC, HPD und +5 V.
- DisplayPort: 1–4 Lanes, 100 Ω, AC-gekoppelt mit 100 nF, plus AUX und HPD.
- EDIDist ein I2C-EEPROM, das die Quelle über DDC (HDMI) oder AUX (DP) liest. Ohne EDID kein Bild.
- HPDteilt der Quelle mit, dass ein Display angeschlossen ist; ohne dieses Signal starten viele Quellen nie.
1. HDMI: TMDS-Lanes
HDMI 2.0 überträgt 6 Gb/s pro Lane (18 Gb/s gesamt) über TMDS, DC-gekoppelt, 100 Ω differentiell. HDMI 2.1 wechselt zu FRL: vier Lanes, bis zu 12 Gb/s pro Lane, 48 Gb/s gesamt, mit anderer Codierung und AC-Kopplung bei einigen Implementierungen.
TMDS sendet Video als kontinuierlichen Stream mit einer dedizierten Takt-Lane; FRL paketiert die Daten und bettet den Takt ein. Deshalb unterstützt ein für TMDS ausgelegtes Board nicht automatisch FRL mit voller Rate — PHY, Steckverbinder und Layout müssen alle dafür ausgelegt sein.
| Signalgruppe | Funktion | Fehlersymptom |
|---|---|---|
| TMDS / FRL lanes | Video and audio | Sparkles, dropouts, no video |
| DDC (I2C) | EDID read, HDCP | Wrong resolution, black screen |
| HPD | "Display connected" | Source never wakes the link |
| +5 V | Powers the EDID EEPROM | No EDID, so no picture |
| CEC | Remote control passthrough | Remote does not control the source |
2. DisplayPort: Lanes und AC-Kopplung
DisplayPort verwendet 1, 2 oder 4 Main-Link-Lanes, 100 Ω differentiell, mit 100 nF AC-Kopplung in Reihe auf jeder Leitung. DP 1.4 betreibt HBR3 mit 8.1 Gb/s pro Lane (32.4 Gb/s gesamt); DP 2.0 ergänzt UHBR-Raten mit 128b/132b-Codierung.
Link-Training ist der Teil, den HDMI nicht hat: Quelle und Senke handeln Spannungshub, Pre-Emphasis und Lane-Anzahl aus, bis jede Lane fehlerfrei ist. Wenn das Training fehlschlägt, fällt die Verbindung auf weniger Lanes oder eine niedrigere Rate zurück — und das Symptom ist eine niedrigere Auflösung statt einer toten Verbindung.
| Aspekt | HDMI 2.0 | DP 1.4 |
|---|---|---|
| Lanes | 3 data + clock | 1–4 |
| Rate per lane | 6 Gb/s | 8.1 Gb/s (HBR3) |
| Coupling | DC (TMDS) | AC, 100 nF |
| Discovery | DDC + HPD | AUX + HPD |
| Power pin | +5 V, 50 mA | 3.3 V, up to 500 mA |
3. Die Kommunikation vor dem Video
- Die Senke aktiviert HPD (bei manchen Geräten ein Pegel, kein Impuls).
- Die Quelle versorgt den DDC/AUX-Bus mit Strom und liest EDID — 128-Byte-Blöcke mit einer Erweiterungsanzahl.
- Die Quelle parst die Timing-Liste und wählt einen Modus, den das Display akzeptiert.
- Bei HDMI folgt die HDCP-Authentifizierung; bei DP läuft das Link-Training pro Lane.
Wenn EDID fehlt oder beschädigt ist, fallen viele Quellen auf einen sicheren Modus zurück oder zeigen gar nichts an. Eine überraschend häufige Ursache ist fehlende +5-V-Versorgung auf HDMI: Das EEPROM wird von der Quelle versorgt, sodass eine unterbrochene Leiterbahn den Lesevorgang verhindert.
EDID umfasst 128 Bytes für den Basisblock, mit optionalen Erweiterungsblöcken (CEA-861 für HDMI). Der Basisblock enthält die Hersteller-ID, das bevorzugte Timing und eine Liste etablierter Timings; die Erweiterung trägt die Videoformate, Audio und HDMI-spezifische Daten. Ein Display, das nur 1080p anbietet, liefert Ihnen kein 4K, egal was die Quelle leisten kann.
Wenn ein Design bei 4K versagt, aber bei 1080p funktioniert, lesen Sie die EDID und prüfen Sie zwei Dinge: ob das 4K-Timing vorhanden ist und ob der HDMI-2.0-VSDB (herstellerspezifischer Datenblock) die Unterstützung für die höhere Rate deklariert.
4. Routing-Regeln
- 100 Ω differenziell, aus dem Stackup des Steckverbinders, nicht geschätzt.
- Innerhalb jedes Paars aufeinander abstimmen; Paare kurz halten und Vias vermeiden.
- Durchgehende Masse unter den Paaren; im Steckverbinderbereich werden die Ebenen unterbrochen.
- DDC/AUX- und HPD-Leitungen von den Hochgeschwindigkeitspaaren fernhalten und jeden freiliegenden Pin mit ESD schützen.
- Die maximale Leiterbahnlänge der PHY prüfen; bei 6–8 Gb/s ist das Budget knapp.
4b. Lane-Anzahl im Vergleich zur Auflösung
| Link | Typische Verwendung |
|---|---|
| DP 2 lanes, HBR2 | 1440p at 60 Hz, 1080p high refresh |
| DP 4 lanes, HBR3 | 4K at 60 Hz, dual 1440p |
| HDMI 2.0 | 4K at 60 Hz (4:2:0 or 4:2:2) |
| HDMI 2.1 FRL | 4K high refresh, 8K |
5. Häufige Fehler
| Fehler | Symptom | Behebung |
|---|---|---|
| HPD not connected | Source never detects the display | Wire it; verify the level |
| No +5 V on HDMI | EDID read fails | Check the source-side supply |
| EDID not programmed | Wrong mode or black screen | Program a valid 128-byte block |
| DP AC caps missing | Link training fails | 100 nF per line, close to TX |
| 90 Ω routing for 100 Ω pairs | Intermittent link at high rate | Re-route per stackup |
Für die Grundlagen des Paares, die für beide gelten, sieheLeitfaden für das Routing von USB-2.0-Paaren; für die Platzierung des Schutzes am Steckverbinder, dieESD-Layout-Leitfaden.
6. FAQ
Warum zeigt mein Display "kein Signal" mit einem nachweislich funktionierenden Kabel?
Prüfen Sie zuerst HPD und EDID. Die meisten Fälle von "kein Signal" betreffen die Sideband-Signale, nicht die High-Speed-Lanes.
Kann ich HDMI mit einem Kabel in DisplayPort umwandeln?
Nur mit einem aktiven Konverter. Die Protokolle und elektrischen Regeln unterscheiden sich; ein passives Kabel funktioniert nicht.
Benötigt HDMI 2.1 neue Kabel?
Für 48 Gb/s ja: zertifizierte Ultra High Speed Kabel. Ältere Kabel funktionieren möglicherweise nur bei niedrigeren Datenraten.
Warum ist die Auflösung falsch?
Die EDID-Timingliste oder ein Fallback-Modus nach einem fehlgeschlagenen Auslesen. Lesen Sie die EDID über DDC aus und vergleichen Sie sie mit den Fähigkeiten des Displays.
Was ist HDCP?
Inhaltschutz, der über DDC/AUX ausgehandelt wird. Wenn die Authentifizierung fehlschlägt, kann die Quelle einen schwarzen Bildschirm mit einer Meldung anzeigen.
Warum weckt mein Sink die Quelle nicht auf?
HPD kann fehlen, invertiert sein oder nicht auf den richtigen Pegel getrieben werden. Messen Sie es am Steckverbinder, bevor Sie etwas anderes ändern.
Ist DP besser als HDMI?
Keines ist generell besser. DP ist bei Monitoren üblich und unterstützt mehr Lanes; HDMI ist in der Unterhaltungselektronik üblich. Entscheiden Sie nach dem Ökosystem, nicht nach dem Datenblatt.
7. Quellen
- HDMI Licensing Administrator,HDMI-Spezifikation und Konformität.
- VESA,DisplayPort-Standard.
- Texas Instruments,High-Speed-Layout-Richtlinien(SLLA414).
- Datenblätter von Herstellern für PHY und Redriver — Anforderungen an Leitungslänge, Entzerrung und AC-Kopplung.
Entwickeln Sie einen DisplayPort?
Senden Sie den Anschlusstyp, die Auflösung und die Kabellänge. Wir prüfen die Lane-Anzahl, den EDID-Plan und das Pair-Routing, bevor Sie bauen.
