HDMIとDisplayPort：実践的な入門

1ピクセルが動き出す前に、ソース機器はディスプレイが存在することと、それが何を受け入れられるかを知る必要があります。このやり取りは2本の低速ワイヤ上で行われ、ほとんどの「no signal」問題はここから始まります。

1. HDMI: TMDSレーン

HDMI 2.0はTMDS上でレーンあたり6 Gb/s（合計18 Gb/s）をDC結合、100 Ω差動で伝送する。HDMI 2.1はFRLに切り替わり、4レーン、各レーン最大12 Gb/s、合計48 Gb/sで、符号化方式が異なり、一部の実装ではAC結合を採用する。

TMDSは専用クロックレーンを備えた連続ストリームとして映像を送信する。FRLはデータをパケット化し、クロックを埋め込む。そのため、TMDS向けに設計されたボードが自動的にFRLをフルレートでサポートするわけではない — PHY、コネクタ、レイアウトのすべてがそれに対応した定格である必要がある。

2. DisplayPort：レーンとAC結合

DisplayPortは1、2、または4本のメインリンクレーンを使用し、100 Ω差動で、各ラインに100 nFのAC結合を直列に備えます。DP 1.4はレーンあたり8.1 Gb/s（合計32.4 Gb/s）でHBR3を動作させます。DP 2.0は128b/132bコーディングでUHBRレートを追加します。

リンクトレーニングはHDMIにはない部分です。ソースとシンクは、すべてのレーンがエラーフリーになるまで、電圧スイング、プリエンファシス、レーン数をネゴシエートします。トレーニングが失敗すると、リンクはより少ないレーン数またはより低いレートにフォールバックします — その症状は、リンク断ではなく低い解像度です。

3. 映像前のやり取り

1. シンクはHPDをアサートする（デバイスによってはパルスではなくレベル）。
2. ソースはDDC/AUXバスに電源を供給し、EDIDを読み取る — 拡張数を伴う128バイトのブロック。
3. ソースはタイミングリストを解析し、ディスプレイが受け入れるモードを選択します。
4. HDMIでは続いてHDCP認証が行われ、DPではレーンごとにリンクトレーニングが実行されます。

EDIDがないか破損している場合、多くのソースは安全なモードにフォールバックするか、何も表示しません。驚くほどよくある原因は、HDMIの+5 Vが給電されていないことです。EEPROMはソースから給電されるため、トレースが断線していると読み取りができなくなります。

EDIDはベースブロックが128バイトで、オプションの拡張ブロック（HDMIではCEA-861）を持ちます。ベースブロックには製造元ID、優先タイミング、および確立済みタイミングのリストが含まれ、拡張ブロックには映像フォーマット、音声、HDMI固有のデータが格納されます。1080pしかアドバタイズしないディスプレイは、ソースが何をできても4Kを提供しません。

設計が4Kで失敗するが1080pでは動作する場合、EDIDを読み取り、次の2点を確認します。4Kタイミングが存在するか、およびHDMI 2.0 VSDB（ベンダー固有データブロック）がより高いレートのサポートを宣言しているかです。

4. ルーティング規則

• 100 Ω差動。コネクタのスタックアップに基づき、推測では行わない。
• 各ペア内でマッチングさせる。ペアは短くし、ビアを避ける。
• ペア下は連続グランドとする。コネクタ領域はプレーンが分断される箇所である。
• DDC/AUXおよびHPDラインを高速ペアから離し、露出したすべてのピンをESDで保護する。
• PHYの最大トレース長を確認する。6–8 Gb/sではバジェットが短い。

4b. レーン数と解像度の比較

5. よくある間違い

両方に当てはまるペアの基本については、次を参照してくださいUSB 2.0ペア配線ガイド；コネクタでの保護配置については、ESDレイアウトガイド.

6. FAQ

正常なケーブルなのに、ディスプレイに「信号なし」と表示されるのはなぜですか？

まずHPDとEDIDを確認してください。「no signal」のほとんどのケースは高速レーンではなくサイドバンドです。

ケーブルだけでHDMIからDisplayPortに変換できますか？

アクティブコンバーターが必要です。プロトコルと電気的規則が異なるため、パッシブケーブルでは動作しません。

HDMI 2.1には新しいケーブルが必要ですか？

48 Gb/sでは必要です。認証済みのUltra High Speedケーブルを使用してください。古いケーブルはより低いレートでのみ動作する場合があります。

解像度が正しくないのはなぜですか？

EDIDタイミングリスト、または読み取り失敗後のフォールバックモードです。DDC経由でEDIDを読み取り、ディスプレイの対応機能と比較してください。

HDCPとは何ですか？

DDC/AUX経由でネゴシエートされるコンテンツ保護です。認証に失敗すると、ソース機器はメッセージ付きの黒画面を表示することがあります。

シンクがソース機器をウェイクアップしないのはなぜですか？

HPDが欠落している、反転している、または正しいレベルに駆動されていない可能性があります。他の設定を変更する前に、コネクタで測定してください。

DPはHDMIより優れていますか？

どちらも普遍的に優れているわけではありません。DPはモニターで一般的で、より多くのレーンをサポートします。HDMIはコンシューマーAVで一般的です。仕様書ではなくエコシステムで選びましょう。

7. 出典

• HDMI Licensing Administrator,HDMI仕様とコンプライアンス.
• VESA,DisplayPort規格.
• Texas Instruments,高速レイアウトガイドライン(SLLA414).
• ベンダーのPHYおよびリドライバのデータシート — トレース長、等化、AC結合の要件。