MHL在電視機上的電路實現方法

敬奕艷，曹高翔

（康佳集團多媒體全球研發中心，廣東 深圳 518053）

MHL在電視機上的電路實現方法

敬奕艷，曹高翔

（康佳集團多媒體全球研發中心，廣東 深圳 518053）

如何配合移動設備上的MHL接口，在電視機上實現簡單方便的MHL連接是研究的主要內容。著重介紹了無需MHL適配器的電路實現方案，對其中關鍵的電視主處理芯片的內部框圖、MHL-HDMI連接線、MHL檢測電路和充電電路以及PCB的設計方法都進行了細致分析。

MHL；電視機；電路實現

隨著智能手機等移動電子產品硬件配置的快速提升，在手機上下載、觀看高清視頻已司空見慣。移動設備一般屏幕較小，觀看效果不夠理想，電池續航能力也制約著觀看時長。如果能方便地將移動設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，于是移動終端高清影音連接（Mobile High-Definition Link，MHL）應運而生。

MHL是近幾年在移動便攜類電子產品上出現的一種高質量影音標準接口。移動設備上的MHL接口一般借用原有的Micro USB接口，僅使用一條內含5根信號線的柔軟線纜就能將高清影音信號傳輸到大屏幕高分辨率的顯示設備上，并且不會損傷信號的質量[1]。MHL是在HDMI的基礎上產生的，在物理層以及數據協議方面都有一些共性，但同樣是傳輸高清視頻和數字音頻，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是主流配置，4K、2K的Ultra HD屏也正在興起。那么，電視機如何來配合移動設備上的MHL接口，如何使MHL最好地發揮便捷、易用的特性？

1 MHL適配器存在的問題

MHL接口出現的早期，電視機的軟硬件還沒有配合MHL進行相應更改，通過MHL連接手機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，側面還有一個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線接至手機的MHL接口，用HDMI線將適配器與電視機的HDMI接口相連，用于充電的Micro USB母頭需要用相應線纜連接至電視機或者其他具有Micro USB接口的設備。盡管MHL適配器上自帶與手機端連接的線纜，但還需增加Micro USB和HDMI連接線，加上適配器本身，使得整個系統略顯復雜。

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的應用越來越廣泛，現在電視機專門針對MHL進行了電路和軟件的改進，力求提供一種更便捷的MHL實現方法，使MHL的優勢真正得到發揮。無需適配器的MHL實現方法是本文研究的重點。

2.1 主芯片

如圖2所示，有部分中高端電視機主芯片已經內置了MHL適配器的電路模塊，這樣使得在電視機上可以采用一種更簡化的方法實現MHL連接。主芯片內部有MHL和HDMI信號的識別模塊和轉換模塊，如果從插座輸入的是HDMI信號，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；如果從插座輸入的是MHL信號，就輸送到轉換模塊，轉換為HDMI信號，最后在視頻/音頻處理模塊進行解碼處理。

2.2 MHL與HDM I接口的腳位復用

圖2 無需適配器的電視MHL實現框圖

MHL共有5個信號，包括5 V供電VBUS、地線、控制總線CBUS、差分信號對MHL+和MHL-。差分信號對以差模的方式傳送數據信號，以共模的方式傳送時鐘信號。即MHL用1對差分信號完成了HDMI 4對差分信號（3對差分數據+1對差分時鐘）所傳輸的數據，對于同樣分辨率的視頻，MHL的信號速率是HDMI的3倍。

秉承MHL不增加新接口類型、簡化設計的思想，電視機的MHL接收端借用原有的HDMI接口進行功能復用。表1列出了MHL接口與HDMI接口的腳位對應關系。

表1 MHL借用HDMI腳位的對應關系

2.3 MHL檢測電路

因為HDMI和MHL接口復用，在電路設計上，需要考慮當輸入不同信號時，主芯片的處理是不相同的；電視機需要給MHL移動設備充電，而HDMI接口無此要求。所以必須設計MHL接入檢測電路，使主芯片和供電模塊進行相應處理。

MHL檢測電路的實現，要借助MHL-HDMI連接線的特殊設計。如圖3所示，MHL-HDMI線的一端是Mi?cro USB插頭，另一端是標準A型HDMI插頭。在HDMI插頭內部2腳和15腳之間焊接了3.3 kΩ的電阻。如圖4所示，15腳外部連接的信號是SCL，有4.7 kΩ電阻上拉到5 Vstb。當將HDMI-MHL線插入插座時，pin15會給3.3 kΩ電阻施加一個高電平，通過3.3 kΩ電阻傳遞到2腳。2腳外接MHL檢測電路，MHL_CD_SENSE信號是高電平，通過100Ω電阻，得到MHL_detect高電平信號送到主芯片，知會主芯片本機已接入MHL設備。如果插入普通HDMI線，沒有前述3.3 kΩ電阻，MHL_detect會是低電平。

圖3 MHL-HDMI連接線纜

圖4 HDMI/MHL電路圖

2.4 MHL供電電路

當移動設備與電視機建立MHL連接后，除了傳送音視頻信號之外，電視機還可以為移動設備充電，這一點與HDMI接口完全不同。HDMI的18腳是接入電視機的外設提供5 V電壓，而非電視機自身的5 V供電。為適應MHL和HDMI復用的要求，必須采用電源切換開關來根據需求供電，同時為了保證MHL設備的安全，還要具備過流、欠壓保護和軟啟動等防護功能。

MHL供電電路如圖5所示。MHL_5V供電僅在MHL設備接入電視時才打開，需要使用I/O控制。FP6861C是帶使能控制腳的NMOS開關，標準狀態下提供1 A電流，最大電流不超過1.35 A。內置NMOS導通電阻較小，器件電壓降較低，完全能滿足MHL設備的充電要求。

圖5 MHL供電電路圖

當電視機接上MHL設備，主芯片的I/O口MHL_PWR_EN給出低電平，使FP6861C導通，可得到MHL_5V電壓。同時得到AVDD5V_MHL供電輸送給主芯片，其內部與MHL相關的電路單元啟動工作。

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，呈現更多細節內容。對于FR-4材質的雙層電路板，在HDMI的4對TMDS信號之外采用包地線，線寬不小于25 mil（1 mil=0.025 4 mm）；MHL+和MHL-信號走線寬12 mil，對內和外圍的地線寬度為4 mil，與MHL信號線之間的距離為4 mil。其他HDMI的差分線對，走線寬8.5 mil，對內間距4 mil。兩對相鄰的差分線距離為8.5mil。

圖7 MHL的PCB走線局部圖（照片）

3 結束語

MHL作為一種新出現的高清影音傳輸接口，在娛樂、商務方面都能發揮它的作用。隨著電視機等接入設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上MHL接口的電路實現方法，對主芯片內部相關功能模塊、專用的MHL-HDMI連接線，MHL檢測電路和充電電路以及PCB設計要點都進行了較為詳盡的分析。目前，運用本文所述MHL電路實現方法的液晶電視已經面世。

[1]余亮.基于MHL接口的智能電視的設計和實現[D].大連：大連理工大學，2013.

[2]殷楷蘄.基于MHL多終端同步技術的TCL智能云屏幕產品設計[D].長沙：湖南大學，2013.

[3] 詹明溪.MHL設備實現互連的技術解析[J].今日電子，2014（2）：42-43.

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2014-03-20

【本文獻信息】敬奕艷，曹高翔.MHL在電視機上的電路實現方法[J].電視技術，2014，38（20）.