HDMI en DisplayPort: een praktische inleiding
Voordat er ook maar één pixel in beweging komt, moet de bron weten dat er een display aanwezig is en wat dat kan accepteren. Die communicatie verloopt over twee langzame draden, en daar beginnen de meeste problemen met 'geen signaal'.
Kort antwoord
- HDMI: drie datalijnen plus een klok (TMDS), 100 Ω differentieel, plus DDC, HPD en +5 V.
- DisplayPort: 1–4 databanen, 100 Ω, AC-gekoppeld met 100 nF, plus AUX en HPD.
- EDIDis een I2C-EEPROM die de bron via DDC (HDMI) of AUX (DP) uitleest. Geen EDID, geen beeld.
- HPDvertelt de bron dat er een display is aangesloten; zonder dit starten veel bronnen nooit.
1. HDMI: TMDS-databanen
HDMI 2.0 transporteert 6 Gb/s per lane (18 Gb/s totaal) via TMDS, DC-gekoppeld, 100 Ω differentieel. HDMI 2.1 schakelt over op FRL: vier lanes, tot 12 Gb/s elk, 48 Gb/s totaal, met een andere codering en AC-koppeling in sommige implementaties.
TMDS verzendt video als een continue stream met een aparte kloklane; FRL verdeelt de data in pakketten en voegt de klok daarin in. Daarom ondersteunt een board dat voor TMDS is ontworpen niet automatisch FRL op volledige snelheid — de PHY, de connector en de layout moeten daar allemaal op zijn berekend.
| Signaalgroep | Wat het doet | Storingssymptoom |
|---|---|---|
| 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 en AC-koppeling
DisplayPort gebruikt 1, 2 of 4 lanes van de hoofdlink, 100 Ω differentieel, met 100 nF AC-koppeling in serie op elke lijn. DP 1.4 gebruikt HBR3 op 8.1 Gb/s per lane (32.4 Gb/s totaal); DP 2.0 voegt UHBR-snelheden toe met 128b/132b-codering.
Link training is het onderdeel dat HDMI niet heeft: de bron en sink onderhandelen over voltage swing, pre-emphasis en het aantal lanes tot elke lane foutloos is. Als training mislukt, valt de link terug naar minder lanes of een lagere snelheid — en het symptoom is een lagere resolutie in plaats van een dode link.
| Aspect | 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. Het gesprek vóór video
- De sink activeert HPD (een niveau, bij sommige apparaten geen puls).
- De bron voorziet de DDC/AUX-bus van stroom en leest EDID — blokken van 128 bytes met een extensieaantal.
- De bron parseert de timinglijst en kiest een modus die het display accepteert.
- Voor HDMI volgt HDCP-authenticatie; voor DP wordt linktraining per lane uitgevoerd.
Als EDID ontbreekt of beschadigd is, vallen veel bronnen terug op een veilige modus of tonen ze niets. Een verrassend vaak voorkomende oorzaak is een niet-onder-spanning-staande +5 V op HDMI: de EEPROM wordt door de bron van stroom voorzien, dus een onderbroken spoor maakt het uitlezen onmogelijk.
EDID is 128 bytes voor het basisblok, met optionele uitbreidingsblokken (CEA-861 voor HDMI). Het basisblok bevat de fabrikant-ID, de voorkeurstiming en een lijst met established timings; de uitbreiding bevat de videoformaten, audio en HDMI-specifieke gegevens. Een display dat alleen 1080p adverteert, geeft je geen 4K, ongeacht wat de bron kan.
Wanneer een ontwerp bij 4K faalt maar bij 1080p werkt, lees de EDID en controleer twee dingen: of de 4K-timing aanwezig is, en of het HDMI 2.0 VSDB (vendor-specific data block) ondersteuning voor de hogere snelheid aangeeft.
4. Routeringsregels
- 100 Ω differentieel, volgens de stackup van de connector, niet op basis van een schatting.
- Match binnen elk paar; houd paren kort en vermijd vias.
- Doorlopende aarde onder de paren; het connectorgebied is waar de planes worden onderbroken.
- Houd de DDC/AUX- en HPD-lijnen weg van de hogesnelheidsparen en bescherm elke blootliggende pin met ESD.
- Controleer de maximale trace-lengte van de PHY; bij 6–8 Gb/s is het budget krap.
4b. Aantal lanes versus resolutie
| Link | Typisch gebruik |
|---|---|
| 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. Veelvoorkomende fouten
| Fout | Symptoom | Oplossing |
|---|---|---|
| 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 |
Voor de basisprincipes van het paar die op beide van toepassing zijn, zie derouteringsgids voor USB 2.0-paren; voor de plaatsing van bescherming bij de connector, deESD-layoutgids.
6. FAQ
Waarom toont mijn beeldscherm "no signal" met een goedwerkende kabel?
Controleer eerst HPD en EDID. De meeste gevallen van "no signal" zitten in de sideband, niet in de high-speed lanes.
Kan ik HDMI naar DisplayPort converteren met een kabel?
Alleen met een actieve converter. De protocollen en elektrische regels verschillen; een passieve kabel werkt niet.
Zijn er voor HDMI 2.1 nieuwe kabels nodig?
Voor 48 Gb/s wel: gecertificeerde Ultra High Speed-kabels. Oudere kabels werken mogelijk alleen bij lagere snelheden.
Waarom is de resolutie onjuist?
De EDID-timinglijst, of een terugvalmodus na een mislukte uitlezing. Lees de EDID uit via DDC en vergelijk met de mogelijkheden van het display.
Wat is HDCP?
Inhoudsbeveiliging die via DDC/AUX wordt onderhandeld. Als authenticatie mislukt, kan de bron een zwart scherm met een melding tonen.
Waarom wekt mijn sink de bron niet?
HPD kan ontbreken, geïnverteerd zijn of niet naar het juiste niveau worden aangestuurd. Meet het bij de connector voordat u iets anders wijzigt.
Is DP beter dan HDMI?
Geen van beide is universeel beter. DP is gangbaar op monitors en ondersteunt meer lanes; HDMI is gangbaar in consumenten-AV. Kies op basis van het ecosysteem, niet op basis van het specsheet.
7. Bronnen
- HDMI Licensing Administrator,HDMI-specificatie en naleving.
- VESA,DisplayPort-standaard.
- Texas Instruments,Richtlijnen voor high-speed-layout(SLLA414).
- Datasheets van leveranciers voor PHY en redriver — vereisten voor tracelengte, egalisatie en AC-koppeling.
Ontwerpt u een DisplayPort?
Stuur het connectortype, de resolutie en de kabellengte. We controleren het aantal lanes, de EDID-opzet en de routering van de paren voordat je gaat bouwen.
