MHL在电视机上的电路实现方法

敬奕艳，曹高翔

（康佳集团多媒体全球研发中心，广东 深圳 518053）

MHL在电视机上的电路实现方法

敬奕艳，曹高翔

（康佳集团多媒体全球研发中心，广东 深圳 518053）

如何配合移动设备上的MHL接口，在电视机上实现简单方便的MHL连接是研究的主要内容。着重介绍了无需MHL适配器的电路实现方案，对其中关键的电视主处理芯片的内部框图、MHL-HDMI连接线、MHL检测电路和充电电路以及PCB的设计方法都进行了细致分析。

MHL；电视机；电路实现

随着智能手机等移动电子产品硬件配置的快速提升，在手机上下载、观看高清视频已司空见惯。移动设备一般屏幕较小，观看效果不够理想，电池续航能力也制约着观看时长。如果能方便地将移动设备中的高清影音文件传送到大屏幕显示器上，就能改善这种状况，于是移动终端高清影音连接（Mobile High-Definition Link，MHL）应运而生。

MHL是近几年在移动便携类电子产品上出现的一种高质量影音标准接口。移动设备上的MHL接口一般借用原有的Micro USB接口，仅使用一条内含5根信号线的柔软线缆就能将高清影音信号传输到大屏幕高分辨率的显示设备上，并且不会损伤信号的质量[1]。MHL是在HDMI的基础上产生的，在物理层以及数据协议方面都有一些共性，但同样是传输高清视频和数字音频，19芯的HDMI线显然不及5芯的MHL线显得更简洁和便于携带。

电视机是最理想的大屏幕显示器。目前，分辨率为1 920×1 080的全高清液晶屏已经是主流配置，4K、2K的Ultra HD屏也正在兴起。那么，电视机如何来配合移动设备上的MHL接口，如何使MHL最好地发挥便捷、易用的特性？

1 MHL适配器存在的问题

MHL接口出现的早期，电视机的软硬件还没有配合MHL进行相应更改，通过MHL连接手机和电视需要借助另外的MHL适配器。MHL适配器的一端是MHL（Micro USB）公头，另一端是普通HDMI母头，侧面还有一个Micro USB母头用于给适配器充电，线缆连接方式如图1所示。

MHL适配器自带的Micro USB线接至手机的MHL接口，用HDMI线将适配器与电视机的HDMI接口相连，用于充电的Micro USB母头需要用相应线缆连接至电视机或者其他具有Micro USB接口的设备。尽管MHL适配器上自带与手机端连接的线缆，但还需增加Micro USB和HDMI连接线，加上适配器本身，使得整个系统略显复杂。

图1 MHL适配器的连接方法

2 无需MHL适配器的方案

由于MHL适配器在使用上的不便，以及MHL的应用越来越广泛，现在电视机专门针对MHL进行了电路和软件的改进，力求提供一种更便捷的MHL实现方法，使MHL的优势真正得到发挥。无需适配器的MHL实现方法是本文研究的重点。

2.1 主芯片

如图2所示，有部分中高端电视机主芯片已经内置了MHL适配器的电路模块，这样使得在电视机上可以采用一种更简化的方法实现MHL连接。主芯片内部有MHL和HDMI信号的识别模块和转换模块，如果从插座输入的是HDMI信号，就直接通过，不加处理，由后面的视频/音频处理模块解码出视频和音频信号；如果从插座输入的是MHL信号，就输送到转换模块，转换为HDMI信号，最后在视频/音频处理模块进行解码处理。

2.2 MHL与HDM I接口的脚位复用

图2 无需适配器的电视MHL实现框图

MHL共有5个信号，包括5 V供电VBUS、地线、控制总线CBUS、差分信号对MHL+和MHL-。差分信号对以差模的方式传送数据信号，以共模的方式传送时钟信号。即MHL用1对差分信号完成了HDMI 4对差分信号（3对差分数据+1对差分时钟）所传输的数据，对于同样分辨率的视频，MHL的信号速率是HDMI的3倍。

秉承MHL不增加新接口类型、简化设计的思想，电视机的MHL接收端借用原有的HDMI接口进行功能复用。表1列出了MHL接口与HDMI接口的脚位对应关系。

表1 MHL借用HDMI脚位的对应关系

2.3 MHL检测电路

因为HDMI和MHL接口复用，在电路设计上，需要考虑当输入不同信号时，主芯片的处理是不相同的；电视机需要给MHL移动设备充电，而HDMI接口无此要求。所以必须设计MHL接入检测电路，使主芯片和供电模块进行相应处理。

MHL检测电路的实现，要借助MHL-HDMI连接线的特殊设计。如图3所示，MHL-HDMI线的一端是Mi⁃cro USB插头，另一端是标准A型HDMI插头。在HDMI插头内部2脚和15脚之间焊接了3.3 kΩ的电阻。如图4所示，15脚外部连接的信号是SCL，有4.7 kΩ电阻上拉到5 Vstb。当将HDMI-MHL线插入插座时，pin15会给3.3 kΩ电阻施加一个高电平，通过3.3 kΩ电阻传递到2脚。2脚外接MHL检测电路，MHL_CD_SENSE信号是高电平，通过100Ω电阻，得到MHL_detect高电平信号送到主芯片，知会主芯片本机已接入MHL设备。如果插入普通HDMI线，没有前述3.3 kΩ电阻，MHL_detect会是低电平。

图3 MHL-HDMI连接线缆

图4 HDMI/MHL电路图

2.4 MHL供电电路

当移动设备与电视机建立MHL连接后，除了传送音视频信号之外，电视机还可以为移动设备充电，这一点与HDMI接口完全不同。HDMI的18脚是接入电视机的外设提供5 V电压，而非电视机自身的5 V供电。为适应MHL和HDMI复用的要求，必须采用电源切换开关来根据需求供电，同时为了保证MHL设备的安全，还要具备过流、欠压保护和软启动等防护功能。

MHL供电电路如图5所示。MHL_5V供电仅在MHL设备接入电视时才打开，需要使用I/O控制。FP6861C是带使能控制脚的NMOS开关，标准状态下提供1 A电流，最大电流不超过1.35 A。内置NMOS导通电阻较小，器件电压降较低，完全能满足MHL设备的充电要求。

图5 MHL供电电路图

当电视机接上MHL设备，主芯片的I/O口MHL_PWR_EN给出低电平，使FP6861C导通，可得到MHL_5V电压。同时得到AVDD5V_MHL供电输送给主芯片，其内部与MHL相关的电路单元启动工作。

2.5 MHL的PCB Layout方法

MHL的PCB走线整体图如图6所示。

图6 MHL的PCB走线整体图（照片）

图7是截取图6中的一段走线，加以放大，呈现更多细节内容。对于FR-4材质的双层电路板，在HDMI的4对TMDS信号之外采用包地线，线宽不小于25 mil（1 mil=0.025 4 mm）；MHL+和MHL-信号走线宽12 mil，对内和外围的地线宽度为4 mil，与MHL信号线之间的距离为4 mil。其他HDMI的差分线对，走线宽8.5 mil，对内间距4 mil。两对相邻的差分线距离为8.5mil。

图7 MHL的PCB走线局部图（照片）

3 结束语

MHL作为一种新出现的高清影音传输接口，在娱乐、商务方面都能发挥它的作用。随着电视机等接入设备具备了更简单便捷的接入方式，MHL接口必将越来越受欢迎。

本文着重研究目前电视机上MHL接口的电路实现方法，对主芯片内部相关功能模块、专用的MHL-HDMI连接线，MHL检测电路和充电电路以及PCB设计要点都进行了较为详尽的分析。目前，运用本文所述MHL电路实现方法的液晶电视已经面世。

[1]余亮.基于MHL接口的智能电视的设计和实现[D].大连：大连理工大学，2013.

[2]殷楷蕲.基于MHL多终端同步技术的TCL智能云屏幕产品设计[D].长沙：湖南大学，2013.

[3] 詹明溪.MHL设备实现互连的技术解析[J].今日电子，2014（2）：42-43.

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2014-03-20

【本文献信息】敬奕艳，曹高翔.MHL在电视机上的电路实现方法[J].电视技术，2014，38（20）.