CN113359574A - Hpd信号控制电路及基于此电路的hdmi切换器 - Google Patents
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Abstract
本发明通过所述机械开关的机械作用产生了一个高电平信号，关断了另一个信号，所述高电平信号控制一个MOS器件，同时所述高电平信号通过延迟模块产生了一个延迟信号，通过所述高电平信号和所述延迟信号控制其他MOS器件，使得产生了非重叠的控制信号，所述非重叠的控制信号使得HPDA和HPDB两个通路在一定的时间内不会同时开启，只能同时关闭之后再有一条通路开启，进而使得HPD切换到HPDA或者HPD切换到HPDB，使得主机能够判断到显示器的接口断开，当完成切换的时候，主机与显示器完成握手工作。本发明利用所述控制电路替换掉了外接单片机(MCU)，降低了成本尤其是在MCU缺货的时候，增加了可选方案。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种HPD信号控制电路及基于此电路的HDMI切换器。
背景技术
日常生活中，HDMI(High Definition Multimedia Interface，HDMI)切换器可以实现多个输入设备(诸如，电脑、PS4、机顶盒等)的切换。双向切换器(又称″AB切换器″)是一种可以将二路高清信号源自由地切换到一台高清显示器或者投影机上的HDMI切换器。同时，它还可以将一路信号源分配到两台高清显示器或者投影机上，可做分配器使用，但做分配器使用时，只能显示一台显示器的画面。简单来说，就是能够支持两种模式，实现双向互转，HDMI 2进1出/1进2出双选择，两个设备连接一个显示器，或是一个设备连接两个显示器。
HDMI(19Pin)/DVI(16pin)(Digital Visual Interface，DVI)的功能是热插拔检测(Hot Plug Detection，HPD)，这个HPD信号将作为主机系统是否对HDMI/DVI是否发送TMDS(Time Minimized Differential Signal，TMDS)信号的依据。热插拔检测的作用是当显示器等数字显示器通过DVI接口与计算机主机相连或断开连接时，计算机主机能够通过HDMI/DVI的HPD引脚检测出这一事件，并做出响应。
当计算机主机通过HDMI接口的HPD引脚检测到显示器与计算机主机相连时，主机中的图形显示系统(显卡)发出一个信号，要求计算机的通过HDMI接口中的显示器数据通道读取显示器存储器中存储的数据，如果检测到显示器的工作模式范围与显卡相适应，则主机系统可以激活显卡TMDS信号发送电路(数字视频信号发送电路)。当计算机主机通过HPD引脚检测到显示器的HDMI接口与计算机主机断开时，主机中的图形显示系统(显卡)发出一个信号，通知计算机的操作系统中断显卡TMDS信号发送电路(安装在显卡上)的工作。
当计算机主机上的显卡检测到DVI接口HPD引脚电压大于2V时，判断为显示器通过DVI接口与主机连接；当检测到HPD引脚电压小于0.8V时，则判断为显示器与主机之间的DVI连接已经断开。
当计算机通过HDMI接口与显示器相连接时，主机通过HDMI的第18脚将+5V电压加到显示器的存储器向存储器供电，确保即使显示器不开机，计算机主机也能通过HDMI接口读取数据。主机开机后产生5V并通过第18脚向显示器供电，此时显示器接收到5V电压后通过内部电路使HDMI接口第19脚HPD转变为高电平，主机(显卡控制器)检测到HPD为高电平时，判断显示器通过HDMI与主机连接，并通过HDMI接口读取显示器中数据，并使主机显卡中的TMDS信号发送电路开始工作。当显示器与主机之间的HDMI连接断开时，主机一侧的HDP信号为低电平，主机显卡中的TMDS信号发送电路停止工作。
因此在做HDMI双向切换器的时候，通常需要外接单片机(MCU)对复位按键和HPD信号进行处理。然而，外接单片机(MCU)存在研发时间长、成本过高的问题，并且选择面很窄。
发明内容
本发明提供了一种HPD信号控制电路，包括：机械开关、延迟模块0、延迟模块1、MOS01、MOS02、MOS11、MOS12、MOS03、MOS13、电阻R0、电阻R1；其中，所述机械开关同时产生信号S0与信号S1，并通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出高电平，同时另一个信号关断；所述信号S0经过所述延迟模块0后产生信号S+，所述信号S1经过所述延迟模块1后产生信号S-；所述信号S0、所述信号S1、所述信号S+、所述信号S-分别控制所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS12；当所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11与所述MOS12均为N型器件，所述MOS03与所述MOS13均为P型器件时，所述电阻R0、所述MOS01、所述MOS02依次串联连接，所述电阻R1、所述MOS11、所述MOS12依次串联连接，所述电阻R0与所述MOS01之间输出信号S2+，所述电阻R1与所述MOS11之间输出信号S2-，所述信号S2+与所述S2-分别控制所述MOS03与所述MOS13，所述HPD信号经过所述MOS03后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述MOS13输出信号HPDB；当所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS1所述MOS03、所述MOS13均为N型器件时，所述电阻R0与所述MOS01和所述MOS02组成的并联电路串联，所述电阻R1与所述MOS11和所述MOS12组成的并联电路串联，所述电阻R0与所述并联电路之间输出信号S2+，所述电阻R1与所述并联电路之间输出信号S2-，所述信号S2+与所述S2-分别控制所述MOS03与所述MOS13，所述HPD信号经过所述MOS03后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述MOS13输出信号HPDB。
可选的，所述机械开关为自锁按键开关。
可选的，所述延迟模块0是RC电路，其中，所述RC电路由电阻R01和电容C01构成，所述电阻R01一端连接所述信号S0，另一端输出所述信号S+，同时连接所述电容01一端，所述电容01另一端连接至地。
可选的，所述延迟模块1是RC电路，其中，所述RC电路由电阻R11和电容C11构成，所述电阻R11一端连接所述信号S1，另一端输出所述信号S-，同时连接所述电容11一端，所述电容01另一端连接至地。
可选的，通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出的高电平电压大于所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS12中任何一个的阈值电压。
可选的，所述HPD信号端与地之间连接有电阻。
可选的，所述HPDA信号端与地之间连接有电阻。
可选的，所述HPDB信号端与地之间连接有电阻。
本发明还提供一种HDMI切换器，包括上述任一项所述HPD信号控制电路。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：
本发明通过所述机械开关的机械作用产生了一个高电平信号，关断了另一个信号，所述高电平信号控制一个MOS器件，同时所述高电平信号通过延迟模块产生了一个延迟信号，通过所述高电平信号和所述延迟信号控制其他MOS器件，使得产生了非重叠的控制信号，所述非重叠的控制信号使得HPDA和HPDB两个通路在一定的时间内不会同时开启，只能同时关闭之后再有一条通路开启，进而使得HPD切换到HPDA或者HPD切换到HPDB，使得主机能够判断到显示器的接口断开，当完成切换的时候，主机与显示器完成握手工作。本发明利用所述控制电路替换掉了外接单片机(MCU)，降低了成本尤其是在MCU缺货的时候，增加了可选方案。
附图说明
图1是本发明一实施例电路结构图；
图2是图1电路结构产生的信号波形图；
图3是本发明另一实施例电路结构图；
图4是图3电路结构产生的信号波形图；
图5是本发明一HDMI切换器示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
具体实施例1
如图1所示，为本实施例一种HPD信号控制电路，包括：机械开关00、延迟模块0、延迟模块1、NMOS01、NMOS02、NMOS11、NMOS12、PMOS03、PMOS13、电阻R0、电阻R1。
参照图1中01部分，所述机械开关00为自锁按键开关，所述自锁按键开关可以同时产生信号S0与信号S1，并通过机械按键作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出高电平，同时另一个信号S1关断。
在本发明实施例中，所述自锁按键开关是六脚自锁按键开关，其中，引脚1和引脚6接地，引脚2产生所述信号S1，引脚3和引脚4接5V电压源，引脚5产生所述信号S0。
所述信号S0经过所述延迟模块0后产生信号S+，所述信号S1经过所述延迟模块1后产生信号S-。
具体的，所述延迟模块0是RC电路，其中，所述RC电路由电阻R01和电容C01构成，所述电阻R01一端连接所述信号S0，另一端输出所述信号S+，同时连接所述电容01一端，所述电容01另一端连接至地。
参照图1中02部分所示，所述信号S0、所述信号S1、所述信号S+、所述信号S-分别控制所述NMOS01、所述NMOS02、所述NMOS11、所述NMOS12。
具体的，所述NMOS01、所述NMOS02、所述NMOS11与所述NMOS12均为N型器件。
所述电阻R0一端连接电压源，另一端依次与所述NMOS01和所述NMOS02串联连接，所述NMOS02的另一端接地；所述电阻R1一端连接电压源，另一端依次与所述NMOS11和所述NMOS12串联连接，所述NMOS12的另一端接地。所述电阻R0与所述NMOS01之间输出信号S2+，所述电阻R1与所述NMOS11之间输出信号S2-。
参照图1中03部分所示，所述信号S2+与所述S2-分别控制所述PMOS03与所述PMOS13，所述PMOS03与所述PMOS13均为P型器件。
所述HPD信号经过所述PMOS03后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述PMOS13输出信号HPDB。
具体的，通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出的高电平电压大于所述NMOS01、所述NMOS02、所述NMOS11、所述NMOS12中任何一个的阈值电压。
在本发明实施例中，所述HPD信号端与地之间连接有电阻，所述HPDA信号端与地之间连接有电阻，所述HPDB信号端与地之间连接有电阻。所述电阻位于主机的内部或外部，电阻阻值为10K欧姆。
如图2所示，为具体实施例1的信号波形图。现结合图1与图2说明控制信号的过程。
参照图1的02部分，当所述信号S0与所述信号S+均为低电平时，通路关断，所述信号S2+为高电平；当所述信号S0与所述信号S+均为高电平时，通路打开，所述信号S2+为低电平；当所述信号S0与所述信号S+的其中之一为高电平，另一个为低电平时，通路仍然关断，所述信号S2+为高电平。因此，可以得出逻辑关系：
同理也可得出另一个逻辑关系
当按下自锁按键的按键，假设此时所述信号S0变为高电平，所述信号S0经过所述RC延迟电路后产生所述信号S+，由于延迟电路的作用，所述信号S+呈现出在一定时间内逐渐上升；此时，所述信号S1关断变成低电平，所述信号S-经过所述RC延迟电路后产生所述信号S-，由于延迟电路的作用，所述信号S-呈现出在一定时间内逐渐下降。
继续参照图1及图2，所述信号S0控制所述NMOS01，由于所述信号S0大于所述NMOS01的阈值电压，所述NMOS01开启，所述信号S+控制所述NMOS02，由于所述信号S+在一定时间内逐渐上升，当所述S+在t0时间内上升至所述NMOS02的阈值电压以后，所述NMOS02开启，因此，在所述t0时间内，所述NMOS01开启，所述NMOS02关闭，因此，所述信号S2+在t0时间内处于高电平。
此时所述信号S1关断，根据前述逻辑关系，所述信号S2-变为高电平。
因此，在t0时间内，所述信号S2+与所述信号S2-均为高电平，所述PMOS03与所述PMOS13均断开，所述信号HPDA与所述信号HPDB信号关断；t0时间以后，所述信号S+上升至所述NMOS02阈值电压以上，所述NMOS02开启，根据前述逻辑关系，所述信号S2+变为低电平，所述PMOS03开启，则此时，HPD信号切换至HPDA。
当再次按下自锁按键的按键，此时所述信号S0关断，所述信号S0控制所述NMOS01，所述NMOS01开启关断，根据前述逻辑关系，所述信号S2+变为高电平；此时所述信号S1变为高电平，所述信号S1经过所述RC延迟电路后产生所述信号S-，由于延迟电路的作用，所述信号S-呈现出在一定时间内逐渐上升。
继续参照图1及图2，所述信号S1控制所述NMOS11，由于所述信号S1大于所述NMOS11的阈值电压，所述NMOS01开启，所述信号S-控制所述NMOS12，由于所述信号S-在一定时间内逐渐上升，当所述S-在t0时间内上升至所述NMOS12的阈值电压以后，所述NMOS12开启，因此，在所述t0时间内，所述NMOS11开启，所述NMOS12关闭，因此，所述信号S2-在t0时间内处于高电平。此时所述信号S0关断，根据前述逻辑关系，所述信号S2+变为高电平。如前所述可以得知，在t0的时间内，所述信号S2+与所述信号S2-均为高电平，所述PMOS03与所述PMOS1 3均断开，所述信号HPDA与所述信号HPDB信号关断；t0时间以后，所述信号S-上升至所述NMOS12阈值电压以上，所述NMOS12开启，根据前述逻辑关系，所述信号S2-变为低电平，所述PMOS13开启，则此时，HPD信号切换至HPDB。
因此，本发明实施例产生了非重叠的控制信号，所述非重叠的控制信号使得HPDA和HPDB两个通路在一定的时间内不会同时开启，只能同时关闭之后再有一条通路开启，进而使得HPD切换到HPDA或者HPD切换到HPDB，使得主机能够判断到显示器的接口是否断开，当完成切换的时候，主机与显示器完成握手工作。本发明利用所述控制电路替换掉了外接单片机(MCU)，降低了成本尤其是在MCU缺货的时候，增加了可选方案。
具体实施例2
图3为本发明另一实施例电路结构图，如图所示，所述HPD信号控制电路与具体实施例1中的01部分相同，此处不再赘述。
参照图3中02部分所示，所述信号S0、所述信号S1、所述信号S+、所述信号S-分别控制N3、N1、N4、N2。
具体的，所述N1、所述N2、所述N3与所述N4均为N型器件。
所述电阻R4与所述N1和所述N2组成的并联电路串联，所述电阻R5与所述N3和所述N4组成的并联电路串联，所述电阻R4与所述并联电路之间输出信号S2+，所述电阻R5与所述并联电路1之间输出信号S2-。
参照图3中03部分所示，所述信号S2+与所述S2-分别控制N5与N6，所述N5与所述N6均为N型器件。
所述HPD信号经过所述N5后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述N6输出信号HPDB。
具体的，通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出的高电平电压大于所述N1、所述2、所述N3、所述N4中任何一个的阈值电压。
在本发明实施例中，所述HPD信号端与地之间连接有电阻，所述HPDA信号端与地之间连接有电阻，所述HPDB信号端与地之间连接有电阻。所述电阻位于主机的内部或外部，电阻阻值为10K欧姆。
如图4所示，为具体实施例2的信号波形图。现结合图3与图4说明控制信号的过程。
参照图3的02部分，当所述信号S0与所述信号S+均为低电平时，通路关断，所述信号S2-为高电平；当所述信号S0与所述信号S+均为高电平时，通路打开，所述信号S2-为低电平；当所述信号S0与所述信号S+的其中之一为高电平，另一个为低电平时，通路仍然处于打开，所述信号S2-为低电平。因此，可以得出逻辑关系：
同理也可得出另一个逻辑关系
本发明实施例的原理与具体实施例1基本相同，同样是通过延迟模块产生了一个延迟信号，通过所述延迟信号控制MOS器件，使得产生了非重叠的控制信号，，所述非重叠的控制信号使得HPDA和HPDB两个通路在一定的时间内不会同时开启，只能同时关闭，在一定的时间过后，再次开启新接入的HPD信号。其余原理此处不再赘述。
同时，本发明还提供一种HDMI切换器，所述HDMI切换器包括前述HPD信号控制电路。如图5所示，为一种HDMI切换器，接口HDMI通过传输控制模块于接口HDMI_A及接口HDMI_B相连，所述接口HDMI的HPD端与上述HPD信号控制电路的HPD端相连接，所述接口HDMI_A与上述HPD信号控制电路的HPDA端相连接，所述接口HDMI_B与上述HPD信号控制电路的HPDB端相连接。当计算机通过HDMI接口与显示器相连接时，主机通过HDMI的第18脚将+5V电压加到显示器的DDC存储器向DDC存储器供电，确保即使显示器不开机，计算机主机也能通过HDMI接口读取EDID(Extended Display Identification Data，EDID)数据。
当按下机械开关，此时显示器接收到5V电压后通过内部电路使HDMI接口第19脚HPD转变为高电平，接下来的工作原理及流程见前述段落，此处不赘述，即HPDA和HPDB产生了非重叠信号，不会同时开启。当完成切换时，HPDA和HPDB其中之一为高电平，主机(显卡控制器)检测到HPD为高电平时，判断显示器通过HDMI与主机连接，并通过HDMI接口的第15、16脚DDC通道读取显示器中的EDID数据，并使主机显卡中的TMDS信号发送电路开始工作。当显示器与主机之间的HDMI连接断开时，主机一侧的HDP信号为低电平，主机显卡中的TMDS信号发送电路停止工作。
综上所述，本发明通过所述机械开关的机械作用产生了一个高电平信号，关断了另一个信号，所述高电平信号控制一个MOS器件，同时所述高电平信号通过延迟模块产生了一个延迟信号，通过所述高电平信号和所述延迟信号控制其他MOS器件，使得产生了非重叠的控制信号，所述非重叠的控制信号使得HPDA和HPDB两个通路在一定的时间内不会同时开启，只能同时关闭之后再有一条通路开启，进而使得HPD切换到HPDA或者HPD切换到HPDB，使得主机能够判断到显示器的接口断开，当完成切换的时候，主机与显示器完成握手工作。本发明利用所述控制电路替换掉了外接单片机(MCU)，降低了成本尤其是在MCU缺货的时候，增加了可选方案。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种HPD信号控制电路，其特征在于，包括：机械开关、延迟模块0、延迟模块1、MOS01、MOS02、MOS11、MOS12、MOS03、MOS13、电阻R0、电阻R1；其中，
所述机械开关同时产生信号S0与信号S1，并通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出高电平，同时另一个信号关断；
所述信号S0经过所述延迟模块0后产生信号S+，所述信号S1经过所述延迟模块1后产生信号S-；
所述信号S0、所述信号S1、所述信号S+、所述信号S-分别控制所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS12；
当所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11与所述MOS12均为N型器件，所述MOS03与所述MOS13均为P型器件时，所述电阻R0、所述MOS01、所述MOS02依次串联连接，所述电阻R1、所述MOS11、所述MOS12依次串联连接，所述电阻R0与所述MOS01之间输出信号S2+，所述电阻R1与所述MOS11之间输出信号S2-，所述信号S2+与所述S2-分别控制所述MOS03与所述MOS13，所述HPD信号经过所述MOS03后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述MOS13输出信号HPDB；
当所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS1所述MOS03、所述MOS13均为N型器件时，所述电阻R0与所述MOS01和所述MOS02组成的并联电路0串联，所述电阻R1与所述MOS11和所述MOS12组成的并联电路1串联，所述电阻R0与所述并联电路之间输出信号S2+，所述电阻R1与所述并联电路之间输出信号S2-，所述信号S2+与所述S2-分别控制所述MOS03与所述MOS13，所述HPD信号经过所述MOS03后输出信号HPDA，所述HPD信号经过所述MOS13输出信号HPDB。
2.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述机械开关为自锁按键开关。
3.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述延迟模块0是RC电路，其中，所述RC电路由电阻R01和电容C01构成，所述电阻R01一端连接所述信号S0，另一端输出所述信号S+，同时连接所述电容01一端，所述电容01另一端连接至地。
4.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述延迟模块1是RC电路，其中，所述RC电路由电阻R11和电容C11构成，所述电阻R11一端连接所述信号S1，另一端输出所述信号S-，同时连接所述电容11一端，所述电容01另一端连接至地。
5.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，通过机械作用选择所述信号S0与所述信号S1的其中之一打开输出的高电平电压大于所述MOS01、所述MOS02、所述MOS11、所述MOS12中任何一个的阈值电压。
6.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述HPD信号端与地之间连接有电阻。
7.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述HPDA信号端与地之间连接有电阻。
8.如权利要求1所述的HPD信号控制电路，其特征在于，所述HPDB信号端与地之间连接有电阻。
9.一种HDMI切换器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述HPD信号控制电路。
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2021
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