DVI电路设计详解

1、DVI的简介

DVI(Digital Visual Interface)，即数字视频接口。它是1998年9月，在Intel开发者论坛上成立的，由Silicon Image、Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM(国际商业机器公司)、HP(惠普)、NEC(日本电气股份有限公司)、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的DDWG(Digital Display Working Group，数字显示工作组)推出的接口标准。
DVI是基于TMDS (Transition Minimized Differential Signaling，转换最小差分信号）技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据（R、G、B中的每路基色信号）通过最小转换编码为10bit数据（包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等），经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，它和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。DVI接口最高可以提供8G／s的传输率，实现分辨率高达1920X1080的显示要求。它与HDMI的不同之处在于不能传送音频信号。
DVI-I接口如下图所示。

2、DVI的分类

3大类包括：DVI－Analog（DVI-A）接口，DVI-Digital（DVI-D）接口，DVI-Integrated（DVI-I）接口。

1、DVI-A(12+5)
12+5针DVI线，在小于或等于1920x1200分辨率的显示器中，搭配的都是这种DVI线。因为在这分辨率内，单双通道输出的画质是一样的，厂商没有必要花更高的成本附带双通线。（20元）
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DVI－Analog（DVI-A）接口（12+5）只传输模拟信号，实质就是VGA模拟传输接口规格。当要将模拟信号D-Sub接头连接在显卡的DVI－I插座时，必须使用转换接头。转换接头连接显卡的插头，就是DVI-A接口。早期的大屏幕专业CRT中也能看见这种插头。（目前已弃用）

2、DVI-D (24+1/18+1)
DVI-D接口是纯数字的接口，只能传输数字信号，不兼容模拟信号。由于不传输模拟信号，因此无法转换vga接口。

DVI-Digital（DVI-D）接口（18+1和24+1）是纯数字的接口，只能传输数字信号，不兼容模拟信号。所以，DVI-D的插座有18个或24个数字插针的插孔+1个扁形插孔。

3、DVI-I (24+5/18+5)

DVI-I接口是兼容数字和模拟接口的，为了兼容传统VGA模拟信号，就比DVI-D多了4个信号引脚，用来传输模拟信号。

DVI-Integrated（DVI-I）接口（18+5和24+5）是兼容数字和模拟接口的，所以，DVI-I的插座就有18个或24个数字插针的插孔+5个模拟插针的插孔（就是旁边那个四针孔和一个十字花）。比DVI-D多出来的4根线用于兼容传统VGA模拟信号。
基于这样的结构，DVI-I插座可以插DVI-I和DVI-D的插头，而DVI-D插座只能插DVI-D的插头。DVI-I兼容模拟接口并不意味着模拟信号的接口D-Sub插头可以直接连接在DVI-I插座上，它必须通过一个转换接头才能连接使用。一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。考虑到兼容性问题，目前显卡一般会采用DVI-I接口，这样可以通过转换接头连接到普通的VGA接口。而带有两个DVI接口的显示器一般使用DVI-D类型。而带有一个DVI接口和一个VGA接口的显示器，DVI接口一般使用带有模拟信号的DVI-I接口。

3、DVI的规格

DVI接口有3种类型5种规格，端子接口尺寸为39.5mm×15.13mm。
5种规格包括DVI-A(12+5)、单连接DVI-D(18+1)、双连接DVI-D(24+1)、单连接DVI-I(18+5)、双连接DVI-I(24+5)。

关于DVI信号的各种特性，可以参考下表：

4、接口现状

市场上的DVI线有18+1和24+1以及18+5和24+5这4种规格。
18针属于单通道DVI，传输速率只有24针的一半，为165Mbps。在画面显示上，单通道的DVI支持的分辨率和双通道的完全一样，但刷新率却只有双通道的一半左右，会造成显示质量的下降。一般来讲，单通道的DVI接口，最大的刷新率只能支持到1920108060hz或1600120060hz，即现有23寸宽屏显示器和20寸普通比例显示器的正常显示，再高的话就会造成显示效果的下降。而使用大屏液晶显示器的话，24针的双通道DVI是必须具备的条件。

至于18+5和24+5这种规格都属于DVI-I，多出来得4根线用于兼容传统VGA模拟信号。这种接口在显示卡上用的多，显示器基本不用，除非是970P这样的单接口显示器才会考虑采用。

如果显示器低于23寸宽屏或20寸普屏的话，使用18针DVI完全没有问题，用24针的当然可以，但有些浪费了。另外，如果想用大屏幕显示器的话，一款具备双通道输出的显示卡也非常重要。因此大多数显卡采用的是DVI-I双通道接口，性能达到要求。实际上显示卡在很多情况下，DVI能达到应有的性能指标。

5、DVI的优点

接口优点，考虑到兼容性问题，显卡一般会采用DVI-I接口，这样可以通过转换接头连接到普通的VGA接口。而带有DVI接口的显示器一般使用DVI-D接口，因为这样的显示器一般也带有VGA接口，因此不需要带有模拟信号的DVI-I接口。当然也有少数例外，有些显示器只有DVI-I接口而没有VGA接口。显示设备采用DVI接口具有主要有以下3大优点：
1、速度快　
DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，因此减少了数字→模拟→数字繁琐的转换过程，大大节省了时间，因此它的速度更快，有效消除拖影现象，而且使用DVI进行数据传输，信号没有衰减，色彩更纯净，更逼真。
2、画面清晰
计算机内部传输的是二进制的数字信号，使用VGA接口连接液晶显示器的话就需要先把信号通过显卡中的D/A（数字/模拟）转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，这些信号通过模拟信号线传输到液晶内部还需要相应的A/D（模拟/数字）转换器将模拟信号再一次转变成数字信号才能在液晶上显示出图像来。在上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免会出现信号的损失和受到干扰，导致图像出现失真甚至显示错误，而DVI接口无需进行这些转换，避免了信号的损失，使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。
3、支持HDCP协议
DVI接口可以支持HDCP协议，为将来看带版权的高清视频打下基础。不过要想让显卡支持HDCP，光有DVI接口是不行的，需要加装专用的芯片，还要交纳不菲的HDCP认证费，因此真正支持HDCP协议的显卡还不多。
HDCP信号从接口形式，管脚定义，数据格式等都与DVI相同，只是考虑保密的原因，对数据进行了加密，要符合HDCP的协议要求。考虑到这只是协议层面的不同，我们可将此两者等同考虑。

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1、DVI数字接口比标准VGA接口要好，数字界面保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到显示器的传输过程中资料的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的影像。而传统的VGA接口是先将数字信号转为模拟信号，再将模拟信号传入数字显示器，最后通过数字显示器内部再次转为数字信号。
2、DVI数字接口的主要目的是让显示卡的画面讯号透过数字的方式传送到电脑屏幕。因为以前的CRT屏幕所使用的是模拟讯号，所以传统的D-sub 15pin的电脑屏幕接头走的是模拟讯号(复合信号)，将显示卡内的数字画面讯号转换成模拟讯号送到电脑屏幕去。对于没有配备DVI接口的液晶显示器来说，它的原理是和之前的CRT显示器是一样的。
3、由于数字显示器 (液晶投影机、等离子电视、LCD TV等数字显示产品) 采用的是纯数字的设备，那么直接通过数字界面输入数字信号当然会更好，而通过D-sub 15pin就显得有些不明智了(先将数字信号转为模拟信号，再将模拟信号传入数字显示器，最后通过数字显示器内部再次转为数字信号)。

6、DVI接口原理-TMDS

DVI接口是以Silicon Image公司的 PanalLink接口技术为基础，基于TMDS (Transition Minimized Differential Signaling，最小化传输差分信号)电子协议作为基本电气连接。TMDS是一种微分信号机制，可以将象素数据编码，并通过串行连接传递。显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器，经过解码送给数字显示设备。
一个DVI显示系统包括一个传送器和一个接收器。传送器是信号的来源，可以内建在显卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出现在显卡PCB上;而接收器则是显示器上的一块电路，它可以接受数字信号，将其解码并传递到数字显示电路中，通过这两者，显卡发出的信号成为显示器上的图象。

TMDS的具体原理图可以参考HDMI的详细内容。

7、DVI的管脚

DVI-I接口有两个标准，25针和29针，主要看29针的。

注意1脚-24脚，C1-C5脚 24+5=29脚

一共可以分为4类：

TMDS（共6对数据+1对时钟+4个屏蔽线）
1和2 4和5 9和10 12和13
17和18 20和21 23和24
3（数据2和4的屏蔽线）接地、11（数据1和3的屏蔽线）接地、
19（数据0和5的屏蔽线）接地、22 （时钟屏蔽线）接地。

控制类 ：
6脚 DDC CLOCK
7脚 DDC Data
16脚 HPD（hot plug detect）

电源类 ：
14脚 +5V power
15脚 gnd

模拟 ：
C1 = Analog Red 模拟视频信号 三基色信号线中的红
C2 = Analog Green 模拟视频信号 三基色信号线中的绿
C3 = Analog Blue 模拟视频信号 三基色信号线中的蓝
C4 = Analog H（Horizontal）sync 模拟视频信号（水平扫描） 行同步信号
8= Analog V（Vertical）sync 模拟视频信号 （垂直扫描） 场同步信号
C5 = Analog Ground 模拟视频信号 地线

HPD (HotPlugDetectionl热插拔检测:HPD用来监测显示设备的接人或拔除当系统通过HPD检测到有显示设备接人时，就会通过DDC通道来访问其EDID数据，以期正确驱动新接入的显示设备。

注意：HDMI和HPD的HPD的信号作用和原理等都是一样的。HDMI里面已经详细描述，不再赘述。

8、DVI接口体系

DVI数字信号传输有单连接(Single Link)和双连接(Dual Link)两种方式。采用单连接时，仅用通道1、2、3传输，其传输速率可达4.9 Gbps，双连接则可达9.9 Gbps。

9、硬件电路设计注意点

1、注意数字信号和模拟信号。
2、供电电源是5V。
3、TMDS的信号要加专用的ESD保护芯片。

10、设计思路

11、硬件电路设计参考

对于DVI来说需要用专用的DVI驱动芯片。

FP401A是TI公司平板显示产品系列中的一种TDMS信号接收芯片。
TFP401A作为TMDS信号的接收芯片，是整个接收系统的核心；
TFP401A（数字接收机）

TFP410 数字视觉接口（数字发射机）

12、PCB设计注意

1）单线50欧姆，差分100欧姆。
2）模拟信号走线放置在模拟区，数字信号走线放置在数字区。
3）任何信号距离保护地的间距大于40mil。
4）差分与其他信号的间距大于20mil，差分对之间间距大于15mil，对内误差5mil，对间误差10mil。

13、补充知识：

在边缘融合系统中基本上都会用到的采集双路VGA信号或双路DVI信号的采集卡，接下来我们从以下几个方面阐述一下在选择DVI双路采集卡时应该注意的相关问题:
①DVI是不是真正意义上的数字信号架构，DVI数字信号架构的采集卡，相对于VGA采集卡来说研发难度高很多，所以我们一定要注意所选的是不是在卡上做了简单的VGA转DVI接口模块，而不是真正的DVI架构纯数字采集卡。
②由于开发技术的限制，要做到DVI采集卡包括VGA采集卡可采集独立显卡输出和非独立显卡输出的技术门槛会很高，在选择此类产品时一定要注意辨别看是否支持。
③是否具有板载缓存，这很重要，采集卡很多关键性能需要板载缓存来提高。
④DVI双路采集卡，不是简单的两卡复制，是真正需要将两块DVI采集卡合二为一，一槽两卡，同时采集两路DVI信号，并且参数要能独立调节，不能相互影响，不是两块卡完全设置成一样才能使用，不能设置某一个影响另一个，在选择时也要注意辨别。
⑤软件的应用要比较简单，因为DVI双路采集卡属于采集非标准图像信号，很多参数需要调试，所以软件的设计要利于初用者顺利调试，快速达到最好的效果。

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来源： https://blog.csdn.net/x19823369540/article/details/121707814