MHL在電視機(jī)上的電路實(shí)現(xiàn)方法

敬奕艷，曹高翔

（康佳集團(tuán)多媒體全球研發(fā)中心，廣東 深圳 518053）

MHL在電視機(jī)上的電路實(shí)現(xiàn)方法

敬奕艷，曹高翔

（康佳集團(tuán)多媒體全球研發(fā)中心，廣東 深圳 518053）

如何配合移動(dòng)設(shè)備上的MHL接口，在電視機(jī)上實(shí)現(xiàn)簡單方便的MHL連接是研究的主要內(nèi)容。著重介紹了無需MHL適配器的電路實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)其中關(guān)鍵的電視主處理芯片的內(nèi)部框圖、MHL-HDMI連接線、MHL檢測(cè)電路和充電電路以及PCB的設(shè)計(jì)方法都進(jìn)行了細(xì)致分析。

MHL；電視機(jī)；電路實(shí)現(xiàn)

隨著智能手機(jī)等移動(dòng)電子產(chǎn)品硬件配置的快速提升，在手機(jī)上下載、觀看高清視頻已司空見慣。移動(dòng)設(shè)備一般屏幕較小，觀看效果不夠理想，電池續(xù)航能力也制約著觀看時(shí)長。如果能方便地將移動(dòng)設(shè)備中的高清影音文件傳送到大屏幕顯示器上，就能改善這種狀況，于是移動(dòng)終端高清影音連接（Mobile High-Definition Link，MHL）應(yīng)運(yùn)而生。

MHL是近幾年在移動(dòng)便攜類電子產(chǎn)品上出現(xiàn)的一種高質(zhì)量影音標(biāo)準(zhǔn)接口。移動(dòng)設(shè)備上的MHL接口一般借用原有的Micro USB接口，僅使用一條內(nèi)含5根信號(hào)線的柔軟線纜就能將高清影音信號(hào)傳輸?shù)酱笃聊桓叻直媛实娘@示設(shè)備上，并且不會(huì)損傷信號(hào)的質(zhì)量[1]。MHL是在HDMI的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，在物理層以及數(shù)據(jù)協(xié)議方面都有一些共性，但同樣是傳輸高清視頻和數(shù)字音頻，19芯的HDMI線顯然不及5芯的MHL線顯得更簡潔和便于攜帶。

電視機(jī)是最理想的大屏幕顯示器。目前，分辨率為1 920×1 080的全高清液晶屏已經(jīng)是主流配置，4K、2K的Ultra HD屏也正在興起。那么，電視機(jī)如何來配合移動(dòng)設(shè)備上的MHL接口，如何使MHL最好地發(fā)揮便捷、易用的特性？

1 MHL適配器存在的問題

MHL接口出現(xiàn)的早期，電視機(jī)的軟硬件還沒有配合MHL進(jìn)行相應(yīng)更改，通過MHL連接手機(jī)和電視需要借助另外的MHL適配器。MHL適配器的一端是MHL（Micro USB）公頭，另一端是普通HDMI母頭，側(cè)面還有一個(gè)Micro USB母頭用于給適配器充電，線纜連接方式如圖1所示。

MHL適配器自帶的Micro USB線接至手機(jī)的MHL接口，用HDMI線將適配器與電視機(jī)的HDMI接口相連，用于充電的Micro USB母頭需要用相應(yīng)線纜連接至電視機(jī)或者其他具有Micro USB接口的設(shè)備。盡管MHL適配器上自帶與手機(jī)端連接的線纜，但還需增加Micro USB和HDMI連接線，加上適配器本身，使得整個(gè)系統(tǒng)略顯復(fù)雜。

圖1 MHL適配器的連接方法

2 無需MHL適配器的方案

由于MHL適配器在使用上的不便，以及MHL的應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)在電視機(jī)專門針對(duì)MHL進(jìn)行了電路和軟件的改進(jìn)，力求提供一種更便捷的MHL實(shí)現(xiàn)方法，使MHL的優(yōu)勢(shì)真正得到發(fā)揮。無需適配器的MHL實(shí)現(xiàn)方法是本文研究的重點(diǎn)。

2.1 主芯片

如圖2所示，有部分中高端電視機(jī)主芯片已經(jīng)內(nèi)置了MHL適配器的電路模塊，這樣使得在電視機(jī)上可以采用一種更簡化的方法實(shí)現(xiàn)MHL連接。主芯片內(nèi)部有MHL和HDMI信號(hào)的識(shí)別模塊和轉(zhuǎn)換模塊，如果從插座輸入的是HDMI信號(hào)，就直接通過，不加處理，由后面的視頻/音頻處理模塊解碼出視頻和音頻信號(hào)；如果從插座輸入的是MHL信號(hào)，就輸送到轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為HDMI信號(hào)，最后在視頻/音頻處理模塊進(jìn)行解碼處理。

2.2 MHL與HDM I接口的腳位復(fù)用

圖2 無需適配器的電視MHL實(shí)現(xiàn)框圖

MHL共有5個(gè)信號(hào)，包括5 V供電VBUS、地線、控制總線CBUS、差分信號(hào)對(duì)MHL+和MHL-。差分信號(hào)對(duì)以差模的方式傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，以共模的方式傳送時(shí)鐘信號(hào)。即MHL用1對(duì)差分信號(hào)完成了HDMI 4對(duì)差分信號(hào)（3對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)+1對(duì)差分時(shí)鐘）所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對(duì)于同樣分辨率的視頻，MHL的信號(hào)速率是HDMI的3倍。

秉承MHL不增加新接口類型、簡化設(shè)計(jì)的思想，電視機(jī)的MHL接收端借用原有的HDMI接口進(jìn)行功能復(fù)用。表1列出了MHL接口與HDMI接口的腳位對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 MHL借用HDMI腳位的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 MHL檢測(cè)電路

因?yàn)镠DMI和MHL接口復(fù)用，在電路設(shè)計(jì)上，需要考慮當(dāng)輸入不同信號(hào)時(shí)，主芯片的處理是不相同的；電視機(jī)需要給MHL移動(dòng)設(shè)備充電，而HDMI接口無此要求。所以必須設(shè)計(jì)MHL接入檢測(cè)電路，使主芯片和供電模塊進(jìn)行相應(yīng)處理。

MHL檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)，要借助MHL-HDMI連接線的特殊設(shè)計(jì)。如圖3所示，MHL-HDMI線的一端是Mi?cro USB插頭，另一端是標(biāo)準(zhǔn)A型HDMI插頭。在HDMI插頭內(nèi)部2腳和15腳之間焊接了3.3 kΩ的電阻。如圖4所示，15腳外部連接的信號(hào)是SCL，有4.7 kΩ電阻上拉到5 Vstb。當(dāng)將HDMI-MHL線插入插座時(shí)，pin15會(huì)給3.3 kΩ電阻施加一個(gè)高電平，通過3.3 kΩ電阻傳遞到2腳。2腳外接MHL檢測(cè)電路，MHL_CD_SENSE信號(hào)是高電平，通過100Ω電阻，得到MHL_detect高電平信號(hào)送到主芯片，知會(huì)主芯片本機(jī)已接入MHL設(shè)備。如果插入普通HDMI線，沒有前述3.3 kΩ電阻，MHL_detect會(huì)是低電平。

圖3 MHL-HDMI連接線纜

圖4 HDMI/MHL電路圖

2.4 MHL供電電路

當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與電視機(jī)建立MHL連接后，除了傳送音視頻信號(hào)之外，電視機(jī)還可以為移動(dòng)設(shè)備充電，這一點(diǎn)與HDMI接口完全不同。HDMI的18腳是接入電視機(jī)的外設(shè)提供5 V電壓，而非電視機(jī)自身的5 V供電。為適應(yīng)MHL和HDMI復(fù)用的要求，必須采用電源切換開關(guān)來根據(jù)需求供電，同時(shí)為了保證MHL設(shè)備的安全，還要具備過流、欠壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等防護(hù)功能。

MHL供電電路如圖5所示。MHL_5V供電僅在MHL設(shè)備接入電視時(shí)才打開，需要使用I/O控制。FP6861C是帶使能控制腳的NMOS開關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下提供1 A電流，最大電流不超過1.35 A。內(nèi)置NMOS導(dǎo)通電阻較小，器件電壓降較低，完全能滿足MHL設(shè)備的充電要求。

圖5 MHL供電電路圖

當(dāng)電視機(jī)接上MHL設(shè)備，主芯片的I/O口MHL_PWR_EN給出低電平，使FP6861C導(dǎo)通，可得到MHL_5V電壓。同時(shí)得到AVDD5V_MHL供電輸送給主芯片，其內(nèi)部與MHL相關(guān)的電路單元啟動(dòng)工作。

2.5 MHL的PCB Layout方法

MHL的PCB走線整體圖如圖6所示。

圖6 MHL的PCB走線整體圖（照片）

圖7是截取圖6中的一段走線，加以放大，呈現(xiàn)更多細(xì)節(jié)內(nèi)容。對(duì)于FR-4材質(zhì)的雙層電路板，在HDMI的4對(duì)TMDS信號(hào)之外采用包地線，線寬不小于25 mil（1 mil=0.025 4 mm）；MHL+和MHL-信號(hào)走線寬12 mil，對(duì)內(nèi)和外圍的地線寬度為4 mil，與MHL信號(hào)線之間的距離為4 mil。其他HDMI的差分線對(duì)，走線寬8.5 mil，對(duì)內(nèi)間距4 mil。兩對(duì)相鄰的差分線距離為8.5mil。

圖7 MHL的PCB走線局部圖（照片）

3 結(jié)束語

MHL作為一種新出現(xiàn)的高清影音傳輸接口，在娛樂、商務(wù)方面都能發(fā)揮它的作用。隨著電視機(jī)等接入設(shè)備具備了更簡單便捷的接入方式，MHL接口必將越來越受歡迎。

本文著重研究目前電視機(jī)上MHL接口的電路實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)主芯片內(nèi)部相關(guān)功能模塊、專用的MHL-HDMI連接線，MHL檢測(cè)電路和充電電路以及PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)都進(jìn)行了較為詳盡的分析。目前，運(yùn)用本文所述MHL電路實(shí)現(xiàn)方法的液晶電視已經(jīng)面世。

[1]余亮.基于MHL接口的智能電視的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[2]殷楷蘄.基于MHL多終端同步技術(shù)的TCL智能云屏幕產(chǎn)品設(shè)計(jì)[D].長沙：湖南大學(xué)，2013.

[3] 詹明溪.MHL設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連的技術(shù)解析[J].今日電子，2014（2）：42-43.

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2014-03-20

【本文獻(xiàn)信息】敬奕艷，曹高翔.MHL在電視機(jī)上的電路實(shí)現(xiàn)方法[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.