HDMI et DisplayPort : une introduction pratique

Avant qu’un seul pixel ne bouge, la source doit savoir qu’un écran est présent et ce qu’il peut accepter. Cette conversation passe par deux fils lents, et c’est là que commencent la plupart des problèmes de « pas de signal ».

1. HDMI : voies TMDS

HDMI 2.0 transporte 6 Gb/s par voie (18 Gb/s au total) sur TMDS, en couplage DC, en différentiel 100 Ω. HDMI 2.1 passe à FRL : quatre voies, jusqu’à 12 Gb/s chacune, 48 Gb/s au total, avec un codage différent et un couplage AC sur certaines implémentations.

TMDS envoie la vidéo sous forme de flux continu avec une voie d’horloge dédiée ; FRL met les données en paquets et intègre l’horloge. C’est pourquoi une carte conçue pour TMDS ne prend pas automatiquement en charge FRL à pleine vitesse — le PHY, le connecteur et le layout doivent tous être dimensionnés pour cela.

2. DisplayPort : voies et couplage AC

DisplayPort utilise 1, 2 ou 4 voies de liaison principale, en différentiel 100 Ω, avec un couplage AC de 100 nF en série sur chaque ligne. DP 1.4 fonctionne en HBR3 à 8.1 Gb/s par voie (32.4 Gb/s au total) ; DP 2.0 ajoute les débits UHBR avec un codage 128b/132b.

L'entraînement de liaison est la partie que HDMI n'a pas : la source et le récepteur négocient l'amplitude de tension, la pré-accentuation et le nombre de voies jusqu'à ce que chaque voie soit exempte d'erreurs. Si l'entraînement échoue, la liaison revient à un nombre inférieur de voies ou à un débit inférieur — et le symptôme est une résolution plus faible plutôt qu'une liaison morte.

3. La conversation avant la vidéo

1. Le récepteur (sink) force HPD (un niveau, et non une impulsion sur certains appareils).
2. La source alimente le bus DDC/AUX et lit l’EDID — des blocs de 128 octets avec un nombre d’extensions.
3. La source analyse la liste des timings et sélectionne un mode accepté par l'écran.
4. Pour le HDMI, l'authentification HDCP vient ensuite ; pour le DP, l'entraînement de liaison s'effectue par voie.

Si l'EDID est absent ou corrompu, de nombreuses sources se rabattent sur un mode sûr ou n'affichent rien. Une cause étonnamment fréquente est l'absence d'alimentation +5 V sur HDMI : l'EEPROM est alimentée par la source, donc une piste coupée empêche la lecture.

L'EDID fait 128 octets pour le bloc de base, avec des blocs d'extension optionnels (CEA-861 pour le HDMI). Le bloc de base contient l'identifiant du fabricant, le timing préféré et une liste de timings établis ; l'extension porte les formats vidéo, l'audio et les données spécifiques au HDMI. Un écran qui n'annonce que le 1080p ne vous donnera pas le 4K, quelles que soient les capacités de la source.

Lorsqu'une conception échoue en 4K mais fonctionne en 1080p, lisez l'EDID et vérifiez deux choses : si le timing 4K est présent, et si le VSDB HDMI 2.0 (bloc de données spécifique au fournisseur) déclare la prise en charge du débit supérieur.

4. Règles de routage

• 100 Ω différentiel, d’après l’empilement du connecteur, et non d’après une estimation.
• Apparier les longueurs au sein de chaque paire ; garder les paires courtes et éviter les vias.
• Masse continue sous les paires ; la zone du connecteur est celle où les plans sont coupés.
• Éloigner les lignes DDC/AUX et HPD des paires haut débit, et protéger chaque broche exposée contre les ESD.
• Vérifier la longueur maximale de piste du PHY ; à 6–8 Gb/s, le budget est serré.

4b. Nombre de voies par rapport à la résolution

5. Erreurs courantes

Pour les fondamentaux de la paire qui s'appliquent aux deux, voir leguide de routage des paires USB 2.0; pour le placement de la protection au niveau du connecteur, leguide d'implantation ESD.

6. FAQ

Pourquoi mon écran affiche-t-il « no signal » avec un câble en bon état ?

Vérifiez d’abord HPD et EDID. La plupart des cas « no signal » relèvent de la bande latérale, et non des voies à haut débit.

Peut-on convertir HDMI en DisplayPort avec un câble ?

Uniquement avec un convertisseur actif. Les protocoles et les règles électriques sont différents ; un câble passif ne fonctionnera pas.

HDMI 2.1 nécessite-t-il de nouveaux câbles ?

Pour 48 Gb/s, oui : des câbles Ultra High Speed certifiés. Les câbles plus anciens peuvent ne fonctionner qu’à des débits inférieurs.

Pourquoi la résolution est-elle incorrecte ?

La liste des timings EDID, ou un mode de repli après un échec de lecture. Lisez l’EDID via DDC et comparez avec les capacités de l’écran.

Qu’est-ce que le HDCP ?

Protection de contenu négociée via DDC/AUX. Si l’authentification échoue, la source peut afficher un écran noir avec un message.

Pourquoi mon récepteur ne réveille-t-il pas la source ?

Le HPD peut être absent, inversé ou ne pas être piloté au bon niveau. Mesurez-le au niveau du connecteur avant de modifier quoi que ce soit d’autre.

DP est-il meilleur que HDMI ?

Aucun n'est universellement meilleur. DP est courant sur les moniteurs et prend en charge davantage de voies ; HDMI est courant dans l'AV grand public. Choisissez selon l'écosystème, pas selon la fiche technique.

7. Sources

• HDMI Licensing Administrator,Spécification et conformité HDMI.
• VESA,Norme DisplayPort.
• Texas Instruments,Directives de conception haute vitesse(SLLA414).
• Fiches techniques des PHY et redrivers des fournisseurs — longueur de piste, égalisation et exigences de couplage AC.