HDMI2.1 TMDS接口为何不支持48Gbps带宽？

Question

HDMI2.1为何用TMDS仅达18Gbps，而不支持48Gbps带宽？

Answer 1

1. HDMI 2.1 和 TMDS 基础概念

HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是目前最广泛使用的音视频传输接口之一。HDMI 2.1 引入了更高带宽支持，达到48Gbps，但其早期版本依赖的TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技术仅能达到18Gbps。

• TMDS: 是一种信号调制技术，用于减少电磁干扰并确保数据在长距离传输中的完整性。
• HDMI 2.1: 引入了FRL（Fixed Rate Link）模式，取代了传统的TMDS技术以实现更高的带宽。

了解这一背景有助于分析为何TMDS无法满足48Gbps需求。

2. 技术限制：TMDS 的物理瓶颈

TMDS设计初衷是为了支持早期HDMI标准（如HDMI 1.0到1.4），其最大理论带宽为18Gbps（即每通道6Gbps，三通道总和）。以下表格展示了TMDS与FRL的关键差异：

参数	TMDS	FRL
最大带宽	18Gbps	48Gbps
信道数量	3	4
调制方式	差分信号调制	固定速率链路

由于TMDS的设计局限性，它无法有效扩展至更高的频率范围。

3. 分析过程：为何TMDS无法支持48Gbps

以下是分析过程中涉及的主要原因：

1. 信号完整性问题: 随着频率增加，TMDS的差分信号更容易受到串扰和衰减的影响。
2. 功耗限制: 提升TMDS频率会导致功耗显著增加，影响设备散热设计。
3. 成本与复杂性: 实现高于18Gbps的TMDS需要重新设计硬件架构，这将大幅增加开发成本。

因此，HDMI联盟选择引入全新的FRL技术作为解决方案。

4. 解决方案：FRL 替代 TMDS

FRL采用更高效的编码方式（如128b/132b）和更稳定的传输机制，成功突破了TMDS的带宽限制。以下是FRL实现48Gbps的核心原理：

graph TD;
    A[HDMI 2.1 输入] --> B[解码为FRL格式];
    B --> C[通过4条信道传输];
    C --> D[接收端解码还原];
    

FRL不仅提升了带宽，还改善了信号可靠性和能耗表现。