HDMI接收端和發射端符合性測試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )高清晰多媒體接口(HDMI)是一個行業性的、非壓縮的全數字化音視頻接口。HDMI提供了任何兼容的數字化音視頻源設備之間的連接，例如機頂盒，DVD機，A/V接收機，以及兼容的數字音頻和/視頻監視器，如數字電視。HDMI如今已是成為全球數字連接的支配性標準。目前有400多家消費電子產品生產商支持該標準。HDMI可以在一根電纜上傳送標準的、增強的或高清視頻，以及多通道數字音頻。它獨立于以前的各種DTV標準，如ATSC,DVB(-T,-S,-C)。它包括發送到解碼器的MPEG數據流包，并按照無壓縮的、可以是高清的視頻數據格式發送到輸出端。利用T_MDS(最小跳變傳輸信令)對視頻數據解碼，以便在HDMI上進行數字傳輸。為了進行符合性測試和特性描述，需要一臺如圖1所示的T_MDS信號產生器。HDMI 1.2支持多達8個通道的一比特音頻。在超高音質的CD中采用這種格式。標準的A型HDMI連接器有19個引腳。而高分辨率的B型則有29個引腳，支持1080p以上的高分辨率，不過目前還沒有普及。A型HDMI后向兼容現代計算機監視器和圖形卡中所用的單鏈路數字視頻接口(DVI)。這就意味著DVI源能夠驅動一臺HDMI監視器，反之利用一個匹配的適配器或電纜也是如此，不過DVI不支持HDMI的音頻和遠程控制功能。HDMI1.3支持深彩色，高速率和強大的PC匯聚功能。2006年初，HDMI批準了LCC，這代表著HDMI的7家奠基公司宣布開發新版本的HDMI，即HDMI1.3。新版本包括支持深彩色，高速率，并易于集成進PC中。利用一根電纜來提供清晰的，全數字化的音視頻，HDMI將簡化電纜連接，為消費者提供最佳的家庭影院體驗。電纜和接收端電性能測試優于HDMI1.3版本的傳輸速率已經達到了吉比特級，像抖動這類的物理層參數將變得越加重要。不僅必須測量數據發送器輸出端的抖動預算，還必須測量接收器輸入端的抖動容限。抖動容限使得接收端對輸入信號的抖動具有調節作用，并檢查是否符合標準或者其性能是否具有一定的余量。HDMI符合性測試規范要求利用一臺T_MDS信號源進行電纜和接收端的電性能測試。圖1：基于ParBERT 81250的T_MDS信號源。Agilent T_MDS信號源Agilent T_MDS信號源具有三個通道，即D0,D1和D2，分別覆蓋綠、紅、藍三基色。另外，還提供第四個通道，即D-通道，用作為對內時滯通道，提供HDMI標準中規定的普通和互補數據之間的附加時滯測試。還提供一個時鐘信號。用于符合性測試和特性描述的T_MDS信號源的主要特性包括：* YMDS信號電平調節* 具有最佳的信號性能，速率高達7Gb/s，抖動低* 具有真正獨立的時鐘和數據抖動插入的抖動調制功能* 具有用于HDMI視頻幀的數據序列產生軟件完美的抖動容限曲線：目前僅有安捷倫的T_MDS信號源允許測量完美的HDMI抖動容限曲線。高抖動容限測試檢測接收端對抖動調制產生的應力的靈敏度。抖動調制支持最大值的1.5UI，頻率高達30MHz。獨立的時鐘和數據抖動調制：目前，領先的半導體廠商已經證實，完全的和深入的HDMI特性描述和裕度測試，需要能夠以同步和異步的方式對時鐘和數據進行抖動調制的測試模式。安捷倫T_MDS信號源真正提供兩個獨立的時鐘組。利用集成的HDMI幀產生器軟件或補充的N5990A測試自動軟件可以自由地調節非同步時鐘和數據抖動調制的關系。視頻分幀數據：分幀的視頻數據是利用功能強大的基于ParBERT的T_MDS信號源中的序列產生器產生的。非常適用于手動操作，例如對于研發階段的應用，可以用HDMI幀產生器軟件E4887A-207提供該功能。在圖2的例子中，產生的是一個740480p的視頻幀，可以無限重復。該軟件將視頻數據組織成數據塊，為的是有效地利用ParBERT存儲器并生成合適的比特流。圖2：HDMI幀產生器軟件。自動測試：利用N5990A自動測試軟件平臺可以實現HDMI符合性以及更深入的特性的自動測量。該軟件在T_MDS產生器的PC控制器上運行。該軟件能夠完全配置和控制所需的儀器，例如，用于接收端測試的T_MDS信號源，或者用于發送端測試的示波器，可以選擇視頻的格式和色深(見圖3)。另外還提供了系統校準。系統校準對于HDMI接收端測試來說非常重要，因為要確保校準后得抖動量能夠適用于被測部件(DUT)的應力。HDMI接收端和發射端符合性測試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )圖3：HDMI測試配置界面。在每組測試中(校準，接收端，發送端)，用戶可以選擇測試樹型結構(圖4的左側欄)中的任何一項測試。對于絕大多數測試，在專家模式中還可以選擇參數，選擇在特性樹型結構的右欄中進行。在符合性測試模式中，所有測試均按照HDMI符合性測試規范(CTS)中的規定進行。圖4：N5990A主顯示屏界面。校準：可以按圖5所示的格式來描述校準結果。對于最終的測試，可以利用內置最新的軟件工具和微軟網絡環境的N5990A。所用的C語言避免了通常的圖形開發環境中所必須的開銷。因而實現了市場上最短的校準時間。在執行相同測試任務的條件下，該頗具競爭性的校準時間通常能夠減少一半。圖5：時鐘抖動校準結果。接收端測試該N5990A自動測試平臺還可以通過測試來指導用戶。例如，如圖6中就給出了T_MDS最小/最大差分擺幅接收端測試的儀器配置方法(CTS test ID 8-5)。在該特殊的配置中，一臺滿T_MDS的包括時鐘和數據抖動源以及電源的信號源，通過一個TPA-P被連接到DUT。而且只有當用戶確認設置后測試方可開始。圖6：接收端測試的設備連接圖7給出了苛刻的抖動容限(test ID 8-7)測試的結果。E4887A T_MDS信號源的獨特的獨立時鐘和數據抖動插入功能提供了最完善的測試覆蓋。如圖7所示，N5990A采用MS Excel表的格式來顯示數據圖形和圖表。所有測試結果都被復制到同一工作表(見圖8)中，故在一個地方就可以得到所有數據，分析，存儲和后處理都很方便。因此，該方案大大地提高了生產率。圖7：抖動容限結果。HDMI接收端和發射端符合性測試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )圖8：測試結果工作表。發送端測試N5990A自動測試平臺能夠與用于HDMI發送端測試的、運行在安捷倫DSO80000系列中一臺示波器上的N5399A接口。N5990A負責發送端測試的配置和啟動。測試完成后，數據圖表從示波器中上載到作為整個測試控制器的T_MDS產生器的PC控制器上的自動平臺中。圖9顯示的是T_MDS發送端上升時間測試(test ID 7-4)結果。該T_MDS數據眼圖(test ID 7-10)結果在圖10中給出。發送端測試數據也放到Excel表中，以用于后續處理。圖9：發送端上升時間測試圖10：數據眼圖結論之前，HDMI符合性測試和特性描述通常都是比較大的挑戰，這是由于在已有的測試方案中存在信號質量，系統性能以及應用的方便性等方面的限制。利用包括硬件，軟件及附件的適當測試方案，HDMI測試如今可以可靠且方便地實現。在本文中，所用的例子就是接收端和發送端的高速電性能測試。對于這些測試所建議的解決方案中包括一臺T_MDS信號源，一臺高帶寬的實時示波器及自動測試軟件。利用該方案，測試被大大簡化，原因在于大大減少了校準和測試時間，在HDMI測試設備上全部采用了中央控制，還有所有測試數據的中央存儲。其中，安捷?司的合作伙伴BitifEye公司提供了自動測試軟件平臺。如何實現HDMI/DVI開關所需的信號切換和電平匹配 ( 2010/4/27 13:49 )近幾年來，視頻傳輸經歷了從模擬到數字的根本轉變，VGA和分量視頻等模擬視頻鏈路正在被HDMI和DVI取代。這兩種數字視頻傳輸標準的要求幾乎完全相同，它們必須同時處理一組高頻和低頻信號。這兩種標準均采用最小跳變差分信號(T_MDS)傳輸數據的高頻(視頻)部分。T_MDS信號采用四個差分對傳輸R、G、B和時鐘，占用19針連接器的8個引腳。HDMI和DVI設計為“即插即用”，即監視器(接收端)和視頻源連接在一起，并一同尋找以最佳性能協同工作的方法。許多新型T_MDS HDTV芯片具有兩套完整的高頻(T_MDS)輸入，但無法處理低頻信號。HDMI/DVI基本原理為實現HDMI和DVI系統中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺電腦、DVD播放器或游戲機)和接收端(通常是監視器或接收機)必須連接起來。HDMI和DVI借用視頻電子標準協會(VESA)的開放標準，采用數字顯示通道(DDC)、一個被稱為熱插拔檢測(HPD)的新信號，以及一路可以由源端向接收鍛提供50mA電流的標準5V信號。在標準的VESA方法中，源端尋址EDID(擴展顯示標識數據)EPROM。該EPROM器件包含接收設備的品牌、型號以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必須至少有一種相同的顯示模式，以便二者協同工作。圖1為通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。圖1：通過HDMI/DVI連接器連接源端與接收端的EDID EPROM電路原理圖。在圖1中，給出了作為四個差分對連接的T_MDS信號、+5V、HPD以及DDC信號。DDC信號連接至EDID，EDID電源由接收端內部提供。該圖說明了源端和接收端的通用連接模式。源端和接收端通過I2C兼容的DDC線路進行通信。1980年推出的I2C規范是+5V規范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時，典型的低成本EDID EPROM不具備+5V耐壓。因此，EDID EPROM器件必須工作于+5V電源，或者外部帶有+5V保護。為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設計工程師必須處理兩路不同的信號：T_MDS高頻信號和前面提到的低頻信號。一些新型HDMI處理器具有兩組可處理高頻T_MDS信號的輸入端，但是無法處理電壓相對較高的低頻信號。Maxim公司的MAX4929E可在處理上述低頻信號時提供最大的靈活性和選擇性。在低頻視頻信號源之間的切換利用MAX4929E進行設計，所有與外部連接器連接的信號都具有15kV HBM(人體模型)保護措施。這種高級別的ESD保護通?？梢允∪ジ饕_的額外保護措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號，并選擇其中一路輸入。這種源切換可實現多種功能，比如：為信號提供ESD保護；同一時刻只選通一個源端并提供邏輯電平箝位，以避免EDID EPROM端的電壓不會出現高于其電源電壓。MAX4929E僅消耗極少的電流，源端設備提供的+5V即可滿足其需求。MAX4929E沒有特殊的上電順序要求，因此設計工程師不必擔心某個源設備開啟而其它源設備關斷時會出現問題。由于一些原因，源設備之間的切換功能非常必要，該功能不僅可以控制連接哪個接收端，還可以防止第二條電纜加載I2C總線。后一個優點解決了兩路源設備同時連接至一個負載時，可能出現的主機沖突和額外的容性負載(每條電纜的分布電容為200pf/m)問題。如果將第二條2m長的電纜連接到主電纜上，將會超過最大分布電容限制為700pf的規范要求。通過使用開關，I2C驅動器在同一時刻只驅動一個負載，這樣，即使連接兩條3m長的電纜也不違反規范要求。在大多數系統中，MCU控制各種操作。MCU必須確定輸入是否有效，然后在EDID握手之后，返回一個與TTL電平兼容的HPD信號。MAX4929E的這個功能可解決HPD輸出端的ESD保護問題，允許MCU確定所選的HDMI輸入是否已連接，并提供從低電壓MCU至5V TTL兼容信號的邏輯電平轉換功能。如果HPR信號為邏輯高電平(標稱值+5V)，則該邏輯高電平會出現在連接至MCU的引腳上，并保證該引腳的邏輯電平與MCU電平兼容，因為MAX4929E的基準引腳連接至MCU的電源。如果在選中的輸入端口上具有+5V信號，則MCU就收到與TTL電平兼容的信號，然后MCU發出HPD信號。MAX4929E將HPD信號“導引”到正確的HDMI器件上，并且在所連接的器件上產生與TTL電平完全兼容的信號。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產生同相的邏輯0或1(TTL兼容電平)。使用其輸入，可確保該信號是邏輯電平兼容的，因為其基準連接至MCU的同一電源。圖2：MAX4929E的典型電路連接圖。除了與包含兩路高頻輸入的T_MDS器件協同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關組成芯片組，以便支持兩組T_MDS信號輸入，并將它們集成到單個設備中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設備提供第二組輸入。本文小結MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關中所有低頻信號的切