MHL设备实现互连的技术解析

智能手机及平板电脑正在快速普及，在这些便携设备上存有大量多媒体内容，很多人都希望在家里的高清大屏幕电视上播放这些内容。而目前便携设备连接显示设备可以通过两种方式，一种是HDMI，另一种就是MHL。对于HDMI大家都有所了解，MHL则是近几年涌现出来的新一代数字影音接口。MHL是Mobile High-Definition Link的简写，即移动终端高清影音标准接口，是一种连接便携式消费电子装置的影音标准接口。MHL通过一条信号电缆，一端连接便携设备现有的Micro USB接口，一端连接电视的标准HDMI输入接口，即可将完整的多媒体内容呈现在高清电视上。

下文将对MHL功能进行简要介绍，然后详细分析MHL设备之间是如何识别并建立相互连接的。

MHL功能简介

传统的HDMI具有19个管脚，其中12个管脚主要是用来传输视频和音频的信号，分成4个通道来传输音频和视频，采用是TMDS（最小化传输差分信号），还有几个管脚是专门用来做控制用的，这些控制信号包括DDC（Display Data Channel）及CEC（消费性电子控制），以及HOTPLUG（热插拔检测）。

MHL只有5个管脚，其中，两个管脚MHL+、MHL-专门用来传输音频和视频信号的，采用的也是TMDS，但数据传输速率高达2.25Gb/s，相比于HDMI需要3对信号线来传输音视频数据，MHL仅需1对信号线就可以传输1080P的高清视频。便携设备与电视最大不同在于它能够支持多种媒体格式，包括MPEG4，H.264，RMVB等，这些信号都可以通过MHL无损传输给高清电视并播放出来。

VBUS为电源接口，用于电视向便携设备充电。便携设备连接电视使用，最大问题就是电池续航，因为便携设备长时间玩游戏或看电影很容易就没电。如果用HDMI连接的话，是不能同时支持向便携设备充电；而MHL不一样，其内置了充电功能，只要和电视连接，就可以同时向便携设备充电，因此无须担心电池没电。

CBUS用于传输控制信号，可以同时实现Hotplug、DDC、HDCP和RUI等功能。

MHL在便携设备端跟Micro USB接口相连，在电视端跟HDMI接口中的5个管脚相连，其中的对应关系如图1和表1所示。

MHL线材插入识别

了解完MHL的管脚定义及功能，再来看电视是如何区分插入的线材是HDMI还是MHL。图2为电视端MHL输入接口的简易原理图，MHL的cable线内部有一个3.3kΩ阻抗，用R CABLE表示。当MHL线与电视端HDMI接口连接时，PIN15通过R CABLE连接到PIN2，然后再经过分压电阻R2，向电视主IC提供特定的电压VMHL_ CABLE-DET，电压值的计算见公式1。而HDMI线材由于内部没有该阻抗，VMHL_CABLE-DET的电压值为零伏。因此主IC就可以通过VMHL_CABLE-DET的电压值就可以判断插入的是HDMI还是MHL。

VMHL_CABLE-DET=VCC×R2/（R1+R2+RCABLE） （1）

另外，电视不需要向HDMI设备供电，但需要向MHL设备供电，因此电视端就需要一个开关电路，当识别到是MHL设备时，向外输出电源，其中的识别信号采用的就是VMHL_CABLE-DET。当VMHL_CABLE-DET为高电平时，N1内部MOSFET开关会打开，就能够向便携设备提供5V电源。而当VMHL_CABLE-DET为低电平时，N1内部MOSFET开关会关断，没有输出电压。其中连接到ISET的电阻R5用来设置输出电流的上限值。

MHL设备互连实现

当便携设备获得电源，就为后续的相互连接做好了准备，接下来再看看MHL设备之间是如何建立连接的。其中SOURCE为信号源端，指手机、平板等便携设备；SINK为接收端，指高清数字电视。图3是简易的逻辑框图，接下来通过这个逻辑框图，详细分析SOURCE和SINK是如何建立连接的。

第一步，当SOURCE和SINK设备相连时，由于SW3是默认接通的，SOURCE会检测到CBUS是低电平。

第二步，SOURCE会检测VBUS是否有输入，如果在特定时间之内检测到VBUS输入，SOURCE将开始Discovery（识别）。

第三步，SOURCE先将SW2接通，然后SOURCE通过Drive CBUS（向CBUS提供一个电平）或Floating CBUS（CBUS为低电平）来控制CBUS发送Wake up（唤醒）和Discovery脉冲，其脉冲宽度和个数是特定的，如图4所示。

第四步，SINK在接收到Wake up脉冲和特定数量的Discovery脉冲之后，将判断出所接设备为SOURCE，就会将SW3断开，SW4、SW5和SW6接通。此时CBUS的下拉电阻由1kΩ变为100kΩ，SOURCE在Drive CBUS之后检测到CBUS电压将会升高，就可以判断出所接设备为MHD SINK，然后将SW2断开，SW1接通。同时，由于SW5和SW6已接通，SOURCE就可以检测到RxSense信号。这样相互识别的过程就顺利完成。

第五步，相互识别完成后，SOURCE和SINK就可以通过CBUS发送MSC命令来互相通信并获知对方状态，如VBUS上电流的流向、EDID的读取、HDCP及MHD信号的输出等。

通过以上分析，可以看到MHL作为新一代的数字影音接口，相比HDMI优势明显，只需采用一条5芯MHL线缆，便可支持未经压缩的高清视频和数字音频传输，以及充电和遥控操作。当然，MHL的连接和识别过程相对HDMI也复杂得多，因此兼容性的问题也比较多。虽然目前市面上配备MHL接口的设备比HDMI还少得多，但是相信随着时间的推移，MHL将会越来越普及。