Tmds时钟信号的传输装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种TMDS时钟信号的传输装置，要解决的技术问题是降低布线成本。本实用新型采用以下技术方案：发送器和接收器之间经三组双绞线连接，发送器和接收器上设有使双绞线传输数据信号时两组双绞线形成共模电平用于传输时钟信号的电路结构，接收器上设有对接收到的时钟信号进行滤波的带通滤波器。本实用新型与现有技术相比，采用形成共模电平传输时钟信号的电路结构，两组数据信号的共模电平，分别传输单端差分时钟信号，再次形成一对差分信号，经滤波器和差分放大器，恢复时钟信号，使用三组双绞线，传输了所有的数据信号和时钟信号，传输稳定可靠，降低布线的难度，降低一半以上的布线成本。
【专利说明】TMDS时钟信号的传输装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种对数字可视接口和/或高清多媒体接口的信号传输装置，特别是一种最小化传输差分信号的传输装置。
【背景技术】
[0002]最小化传输差分信号TMDS (Transit1n Minimized Differential Signaling)是美国Silicon Image公司开发的一项高速传输数据技术，可用于对数字可视接口 DVI (Digital Visual Interface)和 / 或高清多媒体接口 HDMI (High-Definit1nMultimedia Interface)的图像传输。TMDS利用2个引脚间的电压差来传送信号，即用一组双绞线来传输一路信号，TMDS有4个通道(Channel)，需要用4组双绞线来传输TMDS信号，其中三组双绞线用来传输TMDS Data数据信号，另外一组用来传输TMDS Clock时钟信号，以保证传输时所需的统一时序，总称为1个连接或Single-link。
[0003]如图1所示，TMDS发送器Tx接收图形控制器发送来的并行数据，然后对并行数据进行编码和串行化处理。红绿蓝RGB或色差数据和时钟分别用单独的差分通道来传输，总共需要4个双绞线对构成的4个通道，其中，三组双绞线对分别传输红绿蓝RGB或色差数据信号TMDS Data, 1组双绞线对传输时钟信号TMDS Clock。
[0004]TMDS接收器Rx接收串行数据和时钟，然后对串行数据进行解码处理，输出并行数据和图像时钟，送给显示控制器处理。
[0005]按照DVI和HDMI规范定义的DVI和HDMI线缆，连接TMDS Tx到TMDSRx的最大长度小于15米，但在许多应用场合该距离大于15米，于是现有技术中出现了很多DVI和/或HDMI(DVI/HDMI)延长器。如图2所示，延长器设有两个盒子，一个是延长器发送器(发送端，发送器)，通过DVI/HDMI线连接到显卡等源端设备，另外一个是延长器接收器(接收端，接收器)，通过DVI/HDMI线连接到显示器或电视等接收端设备，发送器和接收器之间通过CAT5e/6网线或DVI/HDMI线连接。
[0006]DVI/HDMI延长器利用专用芯片，对TMDS信号进行均衡、预加重和去加重处理，可以将TMDS信号在CAT5e/6网线或DVI/HDMI线上的传输距离，延长到30?50米。在使用延长器的情况下，CAT5e/6网线或DVI/HDMI线上传输的还是TMDS信号，即三组双绞线传输TMDS Data数据信号，一组双绞线传输TMDS Clock时钟信号，总共需要四组双绞线。一根标准的CAT5e/6网线中有四组双绞线，正好被全部用完。
[0007]在有些应用中，除了 DVI/HDMI信号，还需要传输USB等其他信号，现有技术的做法是用一根标准CAT5e/6网线延长DVI/HDMI中的TMDS信号，另外一根标准CAT5e/6网线延长USB信号；还有一种做法是用自定义的非标准网线来传输，如使用5组双绞线的定制线来传输，其中4组用于传输TMDS信号，另外一组传输USB信号。这样不仅增加了线缆的成本，还增加了布线的难度。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是提供一种TMDS时钟信号的传输装置，要解决的技术问题是降低布线成本。
[0009]本实用新型采用以下技术方案:一种TMDS时钟信号的传输装置，设有发送器和接收器，发送器和接收器之间经三组双绞线连接，所述发送器和接收器上设有使双绞线传输TMDS数据信号时两组双绞线形成共模电平用于传输TMDS Clock时钟信号的电路结构，所述接收器上设有对接收到的TMDS Clock时钟信号进行滤波的带通滤波器。
[0010]本实用新型的带通滤波器连接有放大器。
[0011]本实用新型的电路结构由设置在发送器的变压器次级中心抽头和设置在接收器的变压器初级中心抽头构成，接收器的变压器初级中心抽头连接带通滤波器。
[0012]本实用新型的发送端变压器和接收端变压器采用10G BASE — T变压器，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端和接收端，带通滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，放大器输入阻抗1K欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍。
[0013]本实用新型的发送器设有三组发送端电容器，接收器设有三组接收端电容器，所述电路结构由对称设置在发送器和接收器两端、双绞线上分别与发送端电容器和接收端电容器并联的电感构成，接收器的电感连接带通滤波器。
[0014]本实用新型的发送端电容器和接收端电容器为0.0luF，发送端电感和接收端电感为2.2uH，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端电容器和接收端电容器，带通滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，放大器输入阻抗1K欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍。
[0015]本实用新型与现有技术相比，采用形成共模电平传输TMDS Clock时钟信号的电路结构，将TMDS Clock时钟信号叠加在差分传输的TMDS Data数据信号上，利用其中任意两组TMDS Data数据信号的共模电平，分别传输单端差分时钟信号TMDS Clock+和TMDSClock 一，这两组TMDS Data数据信号的共模电平再次形成一对差分信号，因此只需要在接收端设置滤波器和差分放大器，就可以很好地恢复TMDS Clock时钟信号，从而只使用三组双绞线，就传输了所有的TMDS Data数据信号和TMDS Clock时钟信号，标准网线中剩余的一组双绞线，可以用来传输USB等其他信号，这样通过一根标准的CAT5e/6网线或DVI/HDMI线，同时传输了 TMDS信号和USB等其他信号,传输稳定可靠,降低布线的难度，可以降低一半以上的布线成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是TMDS传输数据的示意图。
[0017]图2是延长器TMDS传输数据的不意图。
[0018]图3是本实用新型的延长器传输TMDS信号和USB信号的示意图。
[0019]图4是本实用新型实施例1的示意图。
[0020]图5是本实用新型实施例1的共模电平跟随时钟信号变化示意图。
[0021]图6是本实用新型实施例1的接收端经还原的TMDS Data信号的示意图。
[0022]图7是本实用新型实施例1的接收端取出的TMDS Clock+信号的示意图。
[0023]图8是本实用新型实施例1的接收端恢复的TMDS Clock信号的示意图。
[0024]图9是本实用新型实施例2的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型的TMDS时钟信号的传输方式，利用传输TMDS Data数据信号中的三组双绞线中的任意两组双绞线来传输TMDS Clock时钟信号，在将三组TMDS Data数据信号从发送端向接收端传输过程中，在发送端分别输入TMDS Clock时钟信号中的一对单端差分时钟信号，叠加在两组TMDSData数据信号的差分数据信号的共模电平上，使两个共模电平的电平信号形成差分时钟信号对，在接收端采用带通滤波将接收到的差分时钟信号对进行滤波，然后放大，最终还原合成TMDS Clock时钟信号。以下实施例按采用变压器耦合的电路和采用电容耦合的电路，分别说明本实用新型的传输装置及其传输方法。
[0026]实施例1，如图4所示，在采用变压器耦合的电路中，利用变压器绕组的中心抽头，来传输TMDS Clock时钟信号。
[0027]将三组TMDS Data数据信号，采用变压器交流耦合的方式从发送端向接收端传输，利用变压器的任意两个绕组的中心抽头，传输TMDS Clock差分时钟信号。在发送端变压器的三个初级绕组上分别输入三组TMDS Data数据信号。在发送端变压器的任意两个次级绕组的中心抽头上，分别输入TMDS Clock差分时钟信号中的一路单端差分时钟信号(Single-endded Differential Signal),即一个次级绕组的中心抽头传输一路单端差分时钟信号TMDS Clock+,另一个次级绕组的中心抽头传输另一路单端差分时钟信号TMDSClock —，单端差分时钟信号被传输到接收端后，从变压器初级的两个绕组的中心抽头，分别提取一路单端差分时钟信号TMDS Clock+和另一路单端差分时钟信号T MDS Clock —，然后经过滤波、放大处理，恢复成TMDS Clock差分时钟信号，与其他三个变压器次级绕组上耦合出来的TMDS Data数据信号，一起被还原成四组TMDS信号，由后续电路进行处理。标准CAT5e/6网线或DVI/HDMI线上多出来的一组双绞线，就可以用来传输USB、音频、DDC、UART和各种开关信号等其他信号。
[0028]关于TMDS 信号，根据数字视频接口 1.0 版(Digital Visual InterfaceRevis1nl.0, Digital Display Working Group, 1999 年 4 月 2 日)第 4 章 TMDS 电气规范的定义(TMDS Electrical Specificat1n，第 33-34 页，图 4.1、图 4.2 和图 4.3)，一组 TMDS 差分线对的传输原理为:在一组双绞线对的单根线上，分别传输幅度相同，相位相反的两个单端差分信号，这两个单端差分信号的共模电平相同。当这组差分信号进入差分接收器之后，由于差分接收器具有很强的共模抑制比，所以共模信号被去除，只剩下幅度加倍2*Vswing的差分信号。
[0029]DVI/HDMI中的TMDS信号有三组数据和一组时钟，为描述方便，三组数据信号分别为TMDS DataO (两路单端差分数据信号TMDS Data0+和TMDS DataO-)，TMDS Datal (两路单端差分数据信号TMDS Datal+和TMDS Datal-)，TMDS Data2 (两路单端差分数据信号TMDS Data2+和TMDS Data2_)，一组时钟信号为TMDS Clock (两路单端差分时钟信号TMDSClock+和TMDS Clock-), TMDS Clock时钟信号的频率为TMDS Data数据信号位时钟频率的 1/10。
[0030]在采用本本实用新型的装置的传输方法中，将TMDS Data数据信号通过变压器耦合后，在变压器次级上，直流成分被去除，只剩下TMDS Data数据信号的交流成分，这时改变耦合变压器次级中心抽头的电压，可以改变TMDS Data数据信号的差分信号的共模电平。因为变压器中心抽头的对称性，使得叠加在变压器次级中心抽头上的电压，会在变压器次级绕组两端得到相同的共模电平，有利于后续差分接收器处理，相同的共模电平会被差分接收器完全去除。
[0031]当变压器中心抽头的电平变化时，TMDS Data数据信号的共模电平也随之变化。下面以TMDS Datal为例，介绍信号叠加方法。在发送端，把TMDS Clock+信号输入传输TMDSDatal的变压器次级的中心抽头时，如图5所示，实线表示的TMDS Data数据信号的两路单端差分数据信号TMDS Datal+和TMDS Datal—的共模电平，跟随虚线表示的一路单端差分时钟信号TMDS Clock+变化，两路单端差分数据信号TMDS Datal+和TMDS Datal —的共模电平始终相同。
[0032]在接收端，一路单端差分时钟信号TMDS Clock+相当于加到TMDS Datal+和TMDSdatal-上幅度相同的共模干扰，由于TMDS Datal+和TMDS Datal—上叠加的共模电平完全相同，经过差分信号接收器后，共模电平被完全去除，所以作为共模干扰的TMDS Clock+信号，就会被差分信号接收器去除，不影响差分信号接收器还原出正确的TMDS Datal信号，如图6所示。同理，另一路单端差分时钟信号TMDS Clock—也不影响差分信号接收器正确还原出另外一路TMDS DataO信号。
[0033]如图7所示，在接收端变压器初级的中心抽头上，取出的共模信号是TMDS Clock+信号。
[0034]用变压器耦合的方式传输的另外一组TMDS Data的双绞线对上，采用同样的方法，可以传输TMDS Clock 一信号。
[0035]在接收端，从变压器初级中心抽头上分别取出的TMDS Clock+和TMDS Clock—信号，再次形成差分信号，经过差分滤波、放大后，如图8所示，恢复成正确的TMDS Clock时钟信号。
[0036]这样，恢复成差分信号的TMDS Clock时钟信号，与其他三个变压器次级绕组上稱合出来的TMDS Data数据信号，一起还原成四组TMDS信号，由后续电路进行处理。标准CAT5e/6网线或DVI/HDMI线上多出来的一组双绞线，就可以用来传输USB等其他信号。
[0037]在整个TMDS链路中存在着四个相互关联的时钟信号，分别是:像素时钟PixelClock、编码时钟或码元时钟Character Clock、链路时钟Link Clock (TMDS Clock)和采样时钟Sampling Clock。这四个时钟信号经由锁相环电路PLL和相应的驱动电路进行连接，在图1所示的TMDS接收器Rx，利用PLL将等同于像素时钟频率的链路时钟信号TMDS Clock进行十倍频变换，生成采样时钟，TMDS接收器Rx内部将获得的采样时钟分成四种相位的采样信号，对输入的TMDS Data数据进行采样，从而实现四倍速采样4X0ver Sampling,因此，TMDS Clock不是TMDS Data的直接采样时钟。
[0038]本实施例的装置，在延长器发送器(发送器)设有发送端变压器，在延长器接收器(接收器)设有接收端变压器，发送端变压器的次级与接收端变压器的初级经标准CAT5e/6网线或DVI/HDMI线连接，接收端变压器任意两个初级绕组的中心抽头连接滤波器和差分放大器(滤波和放大电路)。发送端变压器的初级用于分别输入数据信号TMDS DataO,TMDSDatal和TMDS Data2，接收端变压器的次级用于分别输出数据信号TMDS DataO,TMDS Datal和TMDS Data2，发送端变压器的两个次级绕组的中心抽头用于输入TMDS Clock时钟信号，该两个次级绕组与连接有滤波和放大电路的接收端变压器两个初级绕组分别连通，接收端变压器两个初级绕组的中心抽头向滤波和放大电路输出TMDS Clock时钟信号。
[0039]本实施例中，发送端和接收端采用1G BASE 一 T规格的变压器，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端和接收端，接收端滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，将带外噪声滤除，放大电路输入阻抗IK欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍，经过上述滤波和放大电路恢复出来的TMDS Clock时钟信号和变压器耦合出来的数据信号TMDS Data,一起送给延长器接收芯片MAX3815A，利用MAX3815A的全自动均衡功能，恢复出符合规范的标准TMDS信号，从而实现用三组双绞线传输标准TMDS信号的功能。
[0040]实施例2，如图7所示，在采用电容耦合的电路中，利用对称设置在双绞线上的电感形成共模电平，并通过电感将TMDS Clock时钟信号叠加到TMDS Data数据信号上传输，传输方法与实施例1米用变压器的传输方法完全相同。
[0041]将三组TMDS Data数据信号，采用电容交流耦合的方式从发送端向接收端传输，利用分别对称连接在发送端和接收端之间的差分信号线上的电感，将TMDS Clock+和TMDSClock —信号分别输入到发送端两路TMDS Data的差分数据信号线上，传输到接收端。发送端电感并联在发送端电容后，接收端电感并联在接收端电容之前。在发送端的三组电容器一端分别输入三组TMDS Data数据信号。用三组TMDS Data数据信号通道的差分信号线中的任意两组，分别传输TMDS Clock+和TMDS Clock 一信号，三组发送端电容的任意两组的另一端分别并联有发送端电感，分别将一路单端差分时钟信号TMDS Clock+经发送端电感输入到一组TMDS Data数据信号的差分信号线上，另一路单端差分时钟信号TMDS Clock-经发送端电感输入到另一组TMDS Data数据信号的差分信号线上。TMDS Clock+和TMDSClock 一信号被传输到接收端后，在TMDS Data数据信号通道的差分信号线上，从连接在两组接收端电容前的接收端电感上，分别提取一路单端差分时钟信号TMDS Clock+和另一路单端差分时钟信号TMDS Clock—，然后经过滤波、放大处理，恢复成TMDS Clock差分时钟信号，与其他三组电容耦合出来的TMDS Data数据信号，一起被还原成四组TMDS信号，由后续电路进行处理。标准CAT5e/6网线或DVI/HDMI线上多出来的一组双绞线，就可以用来传输USB、音频、DDC、UART和各种开关信号等其他信号。
[0042]本实施例中，恰当选取发送端和接收端电感的感量，如2.2uH，使得电感相对于TMDS Data信号形成的阻抗超过3K欧姆的高阻抗，远远超过100欧姆的线路阻抗，这样就可以实现在接收端顺利地提取TMDS Clock时钟信号和TMDS Data数据信号。
[0043]本实施例的装置，在延长器发送器设有三组发送端电容器，在延长器接收器设有三组接收端电容器，发送端电容器与接收端电容器经CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接，接收端任意两组电容器的一端(连接CAT6网线或CAT5e屏蔽网线的那一端)经并联的接收端电感L5-L8连接滤波器和差分放大器(滤波和放大电路)。发送端三组电容器的一端用于分别输入数据信号TMDS DataO,TMDS Datal和TMDS Data2，接收端三组电容器的另一端分别输出数据信号TMDS DataO,TMDS Datal和TMDS Data2，发送端两组电容器另一端(连接CAT6网线或CAT5e屏蔽网线的那一端)并联有发送端电感L1-L4，发送端电感L1-L4用于输入TMDS Clock时钟信号，该两组电容器的另一端与并联有接收端电感L5-L8的两个接收端电容器分别连通，接收端电感L5-L8向滤波和放大电路输出TMDS Clock时钟信号。
[0044]本实施例中，发送端电容器和接收端电容器(耦合电容)为0.0luF，以保证TMDS信号的顺利传输，发送端电感和接收端电感为2.2uH，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端电容器和接收端电容器，接收端滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，将带外噪声滤除，放大电路输入阻抗IK欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍，经过上述滤波和放大电路恢复出来的TMDS Clock信号和通过电容耦合出来的TMDS Data信号，一起送给延长器接收芯片MAX3815A，利用MAX3815A的全自动均衡功能，恢复出符合规范的标准TMDS信号，实现用三组双绞线传输标准TMDS信号的功能。
[0045]为了传输TMDS Clock时钟信号，采用本实用新型装置，在两路TMDS Data差分数据信号的共模电平上，分别叠加TMDS Clock+和TMDS Clock 一，利用两个共模电平信号再次形成差分信号对，在接收端提取TMDS Clock时钟时，使用带通滤波器滤除共模信号的带外(TMDS Clock时钟信号频率以外)噪声，将两路共模信号合成差分信号，这样，利用带通滤波器和差分接收器的共模抑制特性，有效地降低长距离传输中常见的环境共模噪声对有用的时钟信号TMDS Clock的干扰。本实用新型的装置很好地解决了 TMDS传输中共模噪声干扰的问题，实现TMDS Clock时钟信号通过共模传输,结构简单,传输、输出稳定可靠,成本低。
【权利要求】
1.一种TMDS时钟信号的传输装置，设有发送器和接收器，发送器和接收器之间经三组双绞线连接，其特征在于:所述发送器和接收器上设有使双绞线传输TMDS数据信号时两组双绞线形成共模电平用于传输TMDS Clock时钟信号的电路结构，所述接收器上设有对接收到的TMDS Clock时钟信号进行滤波的带通滤波器。
2.根据权利要求1所述的TMDS时钟信号的传输装置，其特征在于:所述带通滤波器连接有放大器。
3.根据权利要求2所述的TMDS时钟信号的传输装置，其特征在于:所述电路结构由设置在发送器的变压器次级中心抽头和设置在接收器的变压器初级中心抽头构成，接收器的变压器初级中心抽头连接带通滤波器。
4.根据权利要求3所述的TMDS时钟信号的传输装置，其特征在于:所述发送端变压器和接收端变压器采用10G BASE - T变压器，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端和接收端，带通滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，放大器输入阻抗1K欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍。
5.根据权利要求2所述的TMDS时钟信号的传输装置，其特征在于:所述发送器设有三组发送端电容器，接收器设有三组接收端电容器，所述电路结构由对称设置在发送器和接收器两端、双绞线上分别与发送端电容器和接收端电容器并联的电感构成，接收器的电感连接带通滤波器。
6.根据权利要求5所述的TMDS时钟信号的传输装置，其特征在于:所述发送端电容器和接收端电容器为0.0luF，发送端电感和接收端电感为2.2uH，使用CAT6网线或CAT5e屏蔽网线连接发送端电容器和接收端电容器，带通滤波器采用25MHz?165MHz带通滤波器，放大器输入阻抗1K欧姆，输出阻抗100欧姆，电压增益为5倍。
【文档编号】H04N5/44GK204089996SQ201420545292
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】李世聪, 高华伟 申请人:李世聪, 高华伟