EP9162S芯片数据手册

1. 概述与简介

EP9162S 是一款高度集成的 HDMI 1.4 音频/视频处理器芯片，专为高清多媒体应用而设计。它集成了 HDMI 接收器和发送器功能，支持多种高清视频格式和音频格式的传输与处理。该芯片能够有效地处理高达 1080p@60Hz 的视频信号，并支持 3D 视频格式，兼容 HDMI 1.4b 标准。EP9162S 的设计旨在为各种消费电子设备，如高清电视、显示器、投影仪、机顶盒、蓝光播放器以及其他多媒体设备提供可靠且高性能的 HDMI 连接解决方案。其低功耗设计和紧凑封装使其成为便携式和空间受限设备理想的选择。

该芯片的核心优势在于其强大的信号处理能力和高集成度。它内置了 TMDS（最小化差分信号传输）接收器和发送器，能够稳定地接收和发送高清数字信号。同时，EP9162S 还集成了 HDCP（高带宽数字内容保护）引擎，支持 HDCP 1.4 协议，确保受保护内容的安全传输，符合行业标准。此外，该芯片还提供了丰富的音频处理功能，支持各种无损和有损音频格式，如 LPCM、AC-3、DTS 等，并支持 I2S 和 SPDIF 接口，方便与外部音频解码芯片或功放连接。在系统级应用方面，EP9162S 提供了灵活的控制接口，包括 I2C 和通用 GPIO，方便主控 MCU 对芯片进行配置和状态查询，从而实现复杂的系统功能。其内部还集成了 EDID（扩展显示标识数据）RAM，简化了系统设计，使得设备能够自动识别连接的显示设备并配置最佳显示参数，从而提供卓越的用户体验。

2. 功能特性

2.1 HDMI 接收器功能

EP9162S 内置的 HDMI 接收器符合 HDMI 1.4b 规范，支持高达 2.25 Gbps 的 TMDS 数据传输速率，这使得它能够处理 1080p@60Hz、UXGA 以及更低分辨率的视频信号。它具备一个完整的 TMDS 解码器，能够从输入的 HDMI 信号中恢复时钟、数据和控制信号。为了确保信号的完整性和稳定性，接收器模块内置了先进的均衡器和抖动消除电路，能够有效地补偿长距离 HDMI 线缆带来的信号衰减和失真。该芯片支持 8/10/12 位深色（Deep Color），可以显示更丰富的色彩层次。它还能自动检测输入视频的格式，包括分辨率、帧率、色彩空间（如 RGB、YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2）等信息，并将这些信息通过 I2C 接口报告给主控 MCU。EP9162S 的接收器还支持 HDMI 1.4 的 3D 视频格式，包括帧封装、场交错和行交错等，使其能够应用于 3D 显示设备中。此外，它还支持 HEC（HDMI 以太网通道）和 ARC（音频回传通道）功能，为下一代多媒体设备提供了强大的连接能力，简化了布线，提高了用户便利性。

2.2 HDMI 发送器功能

作为一款双向芯片，EP9162S 也包含一个高性能的 HDMI 发送器。这个发送器同样符合 HDMI 1.4b 规范，支持 2.25 Gbps 的 TMDS 传输速率。它能够将内部或外部输入的视频和音频数据编码为 TMDS 信号，并通过 HDMI 接口输出。发送器支持多种视频输入接口，如并行 RGB/YCbCr 和 BT.656/BT.1120 格式，这使得它能够灵活地与各种视频源（如 FPGA、SoC 或其他视频处理器）连接。发送器模块同样支持 8/10/12 位深色输出。EP9162S 的发送器集成了先进的驱动电路，能够提供稳定的 HDMI 输出信号，并支持 CEC（消费电子控制）功能，允许设备通过 HDMI 线缆实现互联互通，方便用户使用单个遥控器控制多个设备。发送器模块也内置了 HDCP 引擎，能够对输出的音视频信号进行加密，确保内容在传输过程中的安全。此外，发送器还支持 EDID 自动处理，能够从连接的显示设备中读取 EDID 信息，并根据这些信息配置最佳的输出格式，从而保证最佳的兼容性和显示效果。

2.3 HDCP 功能

EP9162S 芯片内置了完整的 HDCP 1.4 收发器，为高清内容提供端到端的保护。在接收器模式下，芯片能够自动处理 HDCP 握手过程，从上游设备接收加密内容，并对内容进行解密。在发送器模式下，芯片能够与下游设备进行 HDCP 握手，并对音视频数据进行加密后发送。芯片内部集成了 HDCP 密钥存储器，并支持 I2C 接口加载密钥。为了提高安全性，芯片还支持外部密钥存储器，以满足不同的安全需求。EP9162S 的 HDCP 引擎完全由硬件实现，无需主控 MCU 的过多干预，从而降低了系统设计的复杂性并提高了可靠性。该引擎能够自动处理密钥交换、鉴权、加密和解密等所有 HDCP 协议细节，确保整个过程无缝且高效。当 HDCP 握手失败时，芯片能够通过中断或状态寄存器向主控 MCU 发出警报，以便系统能够及时处理。

2.4 音频处理

EP9162S 提供了强大的音频处理能力，支持多种数字音频格式。它能够从 HDMI 接收到的 TMDS 数据流中提取音频数据，并支持高达 8 声道的 LPCM（线性脉冲编码调制）音频，采样率最高可达 192 kHz。此外，该芯片还支持压缩音频格式，如 AC-3（杜比数字）、DTS（数字影院系统）等。它提供了 I2S（集成电路间声音总线）和 SPDIF（索尼/飞利浦数字接口）两种音频输出接口。I2S 接口可以配置为 2 通道、4 通道、6 通道或 8 通道模式，方便与外部 DAC（数模转换器）或音频处理器连接。SPDIF 接口则提供了数字音频输出，可用于连接功放或家庭影院系统。在发送器模式下，EP9162S 可以接收来自 I2S 或 SPDIF 接口的音频数据，并将其嵌入到 HDMI 信号中。芯片内部集成了先进的音频同步模块，能够确保音视频信号的精确同步，避免出现“音画不同步”的问题。

2.5 EDID 内存

EP9162S 内置了可编程的 EDID（扩展显示标识数据）RAM。在发送器模式下，芯片能够模拟一个显示设备，向连接的上游设备（如蓝光播放器、机顶盒）提供预设的 EDID 信息。这些信息包括支持的分辨率、色彩空间、音频格式等，可以预先写入到芯片的内部 RAM 中。这样，上游设备就可以根据这些信息自动配置最佳的音视频输出格式，从而确保了兼容性。在接收器模式下，芯片能够从下游连接的显示设备中读取 EDID 数据，并将其通过 I2C 接口传递给主控 MCU，从而让系统能够了解下游设备的能力。芯片内部的 EDID RAM 可以通过 I2C 接口进行读写，使得系统设计非常灵活。

2.6 控制接口与电源管理

EP9162S 芯片主要通过 I2C 接口进行控制。主控 MCU 可以通过 I2C 总线访问芯片的寄存器，实现各种功能的配置，如选择视频输入源、设置音频格式、控制 HDCP 握手过程、读取状态信息等。该芯片还提供了多个可编程的 GPIO 引脚，可用于系统级的控制和状态指示，例如控制外部复位、指示热插拔事件等。EP9162S 的电源管理功能非常出色，它支持多种低功耗模式，如待机模式和省电模式，可以有效地降低功耗，延长电池寿命，特别适用于便携式设备。

3. 芯片架构与引脚定义

3.1 内部架构

EP9162S 的内部架构高度模块化，主要包括以下几个核心模块：

• HDMI 接收器核心： 负责接收来自 HDMI 接口的 TMDS 信号，并进行解串、时钟恢复和数据解码。它包含 TMDS 接收器、均衡器、抖动消除电路和 HDCP 1.4 解密引擎。

• HDMI 发送器核心： 负责将内部或外部的音视频数据编码成 TMDS 信号，并驱动 HDMI 输出接口。它包含 TMDS 发送器、HDCP 1.4 加密引擎和信号驱动器。

• 视频处理模块： 负责接收和发送视频数据，并进行色彩空间转换、格式转换等处理。

• 音频处理模块： 负责从 HDMI 信号中提取或将音频数据嵌入到 HDMI 信号中，并提供 I2S 和 SPDIF 接口。

• EDID RAM： 存储 EDID 数据，用于与上游或下游设备进行能力协商。

• I2C 控制模块： 提供与主控 MCU 的通信接口，用于配置芯片寄存器和查询状态。

• 时钟与电源管理模块： 负责生成和分配内部时钟，并管理芯片的功耗。

3.2 引脚定义

EP9162S 采用 QFN48 封装，引脚定义如下（这里只列举部分主要引脚）：

• TMDS_RX_D0+/-，TMDS_RX_D1+/-，TMDS_RX_D2+/-，TMDS_RX_CLK+/-： HDMI 接收器 TMDS 差分信号输入。

• TMDS_TX_D0+/-，TMDS_TX_D1+/-，TMDS_TX_D2+/-，TMDS_TX_CLK+/-： HDMI 发送器 TMDS 差分信号输出。

• SDA, SCL： I2C 控制接口。

• RX_HPD： HDMI 接收器热插拔检测引脚。

• TX_HPD： HDMI 发送器热插拔检测引脚。

• CEC： 消费电子控制引脚。

• I2S_CLK, I2S_WS, I2S_SD0-3： I2S 音频接口。

• SPDIF_OUT： SPDIF 数字音频输出。

• GPIO0-GPIO3： 可编程通用输入输出引脚。

• VDD, VCC, GND： 电源和地引脚。

4. 电气特性与工作条件

4.1 绝对最大额定值

• 电源电压（VDD）：-0.3 V 至 3.6 V

• 数字输入电压：-0.3 V 至 VDD + 0.3 V

• TMDS 差分输入电压：-0.3 V 至 3.6 V

• 存储温度：-55 °C 至 +150 °C

• 工作温度：-40 °C 至 +85 °C

4.2 推荐工作条件

• 电源电压（VDD）：3.3 V

• 工作温度：0 °C 至 +70 °C

4.3 功耗

EP9162S 的功耗会根据工作模式和传输速率而变化。在正常工作模式下，当传输 1080p@60Hz 信号时，芯片的典型功耗约为 300 mW。在待机模式下，功耗可以降低到 50 mW 以下，从而实现节能。芯片的电源管理功能允许主控 MCU 通过 I2C 接口控制不同的工作模式，以实现最佳的功耗管理。

5. 寄存器描述与编程指南

EP9162S 的所有功能都通过 I2C 接口的寄存器进行控制。寄存器地址空间分为多个功能块，每个功能块负责控制芯片的特定功能。

5.1 接收器寄存器

• 视频状态寄存器 (0x01)： 用于读取当前输入视频的格式，包括分辨率、帧率、色彩空间等。

• 音频状态寄存器 (0x02)： 用于读取当前输入音频的格式，包括采样率、声道数、格式类型等。

• HDCP 状态寄存器 (0x03)： 用于查询 HDCP 握手是否成功，以及是否接收到 HDCP 加密的信号。

• 中断状态寄存器 (0x04)： 包含各种事件中断标志，如热插拔、视频格式改变、HDCP 失败等。

• 均衡器控制寄存器 (0x10)： 用于配置接收器均衡器的增益，以适应不同长度的 HDMI 线缆。

5.2 发送器寄存器

• 视频格式寄存器 (0x20)： 用于配置发送器输出的视频格式，如分辨率、色彩空间。

• 音频格式寄存器 (0x21)： 用于配置发送器输出的音频格式，如采样率、声道数。

• HDCP 控制寄存器 (0x22)： 用于启动和停止 HDCP 握手过程。

• CEC 控制寄存器 (0x23)： 用于配置 CEC 功能和发送 CEC 命令。

• EDID 控制寄存器 (0x24)： 用于选择 EDID 模式（内部 RAM 或外部设备），并控制 EDID RAM 的读写。

5.3 编程示例

要实现 EP9162S 的基本功能，需要按照以下步骤进行 I2C 编程：

1. 芯片初始化： 在系统上电后，需要通过 I2C 接口对芯片进行初始化，包括设置工作模式、复位等。

2. 接收器模式： 在接收器模式下，主控 MCU 需定期或通过中断方式读取芯片的状态寄存器，以获取输入视频和音频的格式信息。当热插拔事件发生时，系统应重新读取 EDID 并重新配置。

3. 发送器模式： 在发送器模式下，主控 MCU 需要根据系统需求，通过 I2C 寄存器配置输出的视频和音频格式。如果需要 HDCP，则需要启动 HDCP 握手过程。

4. 音频配置： 无论是接收器还是发送器，都需要通过音频寄存器配置 I2S 或 SPDIF 接口的格式，以确保音频数据的正确传输。

5. 电源管理： 在不需要工作时，主控 MCU 可以通过 I2C 寄存器将芯片置于待机或省电模式，以降低功耗。

6. 应用场景与设计指南

6.1 典型应用场景

• HDMI 切换器/分配器： EP9162S 可以作为 HDMI 信号的输入和输出核心，实现多路 HDMI 信号的切换和一路 HDMI 信号向多路输出的分配，广泛应用于家庭影院、会议系统等。

• HDMI 转换器： 该芯片可以用于将 HDMI 信号转换为其他格式，如 SDI、VGA 或 DisplayPort，或反向转换，以实现不同接口设备之间的互联互通。

• 高清电视/显示器： 作为 HDMI 接口的接收端，处理来自机顶盒、蓝光播放器等设备的 HDMI 信号。

• 蓝光播放器/机顶盒： 作为 HDMI 接口的发送端，将内部解码的音视频信号通过 HDMI 接口输出到电视或显示器。

• 视频采集卡： EP9162S 的接收器功能可以用于 HDMI 视频采集卡，捕获 HDMI 信号并进行后续处理。

• 投影仪： 作为 HDMI 接口的接收端，处理来自笔记本电脑、高清播放器等的 HDMI 信号。

6.2 PCB 设计指南

为了确保 EP9162S 的高性能和稳定性，PCB 设计至关重要。以下是一些关键的设计指南：

• TMDS 信号走线： TMDS 差分信号线是高频信号，应遵循差分走线设计原则。走线应等长、等宽，保持 100 欧姆的差分阻抗。走线应尽量短，并远离其他高速信号线和噪声源。

• 电源设计： VDD 和 VCC 电源应提供稳定的电压，并使用去耦电容进行滤波。推荐在每个电源引脚附近放置 0.1 uF 和 10 uF 的去耦电容。

• 接地： 良好的接地是确保信号完整性的关键。应使用大面积的地平面，并确保所有接地引脚都可靠连接到地平面。

• I2C 走线： I2C 信号线速度较低，但仍需注意走线应短且远离噪声源。需要使用上拉电阻将 SDA 和 SCL 信号拉高到电源电压。

• ESD 保护： HDMI 接口容易受到静电放电（ESD）的影响。建议在 HDMI 接口附近放置 ESD 保护器件，以保护芯片和系统。

7. 可靠性与封装信息

7.1 可靠性

EP9162S 芯片经过严格的可靠性测试，包括高温储存、高温工作、温循环、湿度测试和 ESD 测试。芯片符合 JEDEC 标准，并能够在工业级温度范围内稳定工作，确保其在各种严苛环境下的可靠性。

7.2 封装信息

EP9162S 采用 48 引脚 QFN（Quad Flat No-lead）封装，尺寸为 6mm x 6mm。这种封装具有良好的散热性能和紧凑的尺寸，非常适合空间受限的便携式设备和高清多媒体设备。

8. 总结

EP9162S 是一款功能强大、高度集成的 HDMI 1.4 音视频处理器芯片。它集成了 HDMI 接收器和发送器功能，支持高清视频和多种音频格式的传输，并内置了 HDCP 引擎和 EDID RAM，简化了系统设计。其低功耗设计、丰富的控制接口和可靠的性能使其成为高清多媒体设备领域的理想选择。无论是用于 HDMI 切换器、分配器、转换器，还是用于高清电视、机顶盒等设备，EP9162S 都能提供卓越的性能和稳定性，帮助设计师快速构建高质量的 HDMI 连接解决方案。随着高清视频技术的不断发展，EP9162S 将继续在各种多媒体应用中发挥重要作用。