HDMI/DVI信號一致性測試解決方案

HDMI-Fixture-PL（Plug） 測試夾具是測試 HDMI 接口主板的，代替線纜插入主機或進行測試。

HDMI-Fixture-PL 測試夾具采用 HDMI-TYPEA 標準接口，采用線纜配SMA 的方式引出信號，采用 2.92mm 高性能 SMA 連接器，可以與儀器直接連接方便測試。

???DVI介紹-簡介

免除模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的失真, 提高視信質(zhì)量。

DVI是由DDWG提出的， 為了解決傳統(tǒng)圖像處理器或顯示卡連接到模擬顯示器（如VGA）時， 信號經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)信號與圖像損耗及失真問題的一套開放式接口標準。因為通過使用DVI接口技術(shù)，視頻信號不需通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，減低了模擬LCD 或CRTs的成本， 同時對使用數(shù)字式顯示器的PC用戶，DVI接口為用戶帶來更好的視覺享受，DVI并且能自動地調(diào)節(jié)到更清晰的圖像水平等。DVI接口是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技術(shù)，又名PanelLink技術(shù)。此技術(shù)是Silicon Image, Inc.公司的專利， 已被廣泛應(yīng)用在平面顯示，包括TFT LCD與等離子顯示，CRT與數(shù)字投影儀上。

DVI介紹-不同類型的DVI連接

1.DVI-D (Digital) - DVI-D是用來連接數(shù)字顯示卡與數(shù)字顯示器的接口格式。DVI-D提供比模擬接口更快，更高的圖像質(zhì)量。事實上，所有的顯示卡從基本上就是產(chǎn)生數(shù)字視頻信號，但過往在使用模擬接口如VGA時，數(shù)字視頻信號在輸出前需轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號，到達顯示器后又被轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號。DVI-D格式就是去除這模數(shù)轉(zhuǎn)換，使數(shù)字視頻信號從視源無失真地在數(shù)字的領(lǐng)域中被傳送到顯示器中。

2.DVI-A (Analog) - DVI-A是用來連接到只帶有模擬接口的顯示器(如:傳統(tǒng)的CRT與HDTV)。雖然仍然存在模數(shù)轉(zhuǎn)換的失真，但是比標準的VGA所傳送的圖像質(zhì)量要好。

3.DVI-I (Integrated Digital/Analog) - DVI-I是用來連接數(shù)字顯示卡到數(shù)字顯示器, 或模擬顯示卡到模擬顯示器的。DVI-I并不支持數(shù)字到模擬，或是模擬到數(shù)字的連接。

根據(jù) DVI 標準，一條 TMDS 通道可以達到 165MHz 的工作頻率和 10-bit 接口，也就是可以提供 1.65Gbps 的帶寬，這足以應(yīng)付 1920*1080/60Hz 的顯示要求。另 外，為了擴充兼容性，DVI 還可以使用第二條 TMDS 通道，這樣其帶寬將會高過 2Gbps。

DVI-D 才是 真正的數(shù)字信號傳輸。

DVI-A 只是換湯不換藥的定義而已。其實就是 VGA 接口標準。

DVI-I 是整合了上述 DVI-A 以及 DVI-D 的接口的總稱。具體在接口插座

管腳定義上有明顯的區(qū)分。也就是說：看看 DVI 的接口管腳就 知道個大概了。

DVI-A ( A= Analog ) 是模擬信號接口，只能去接 DVI-A或者 VGA 接口的信接口的信號。

DVI-D ( D= Digital ) 是數(shù)字信號接口，只能去接DVI-D接口的信號。

DVI-I ( I = A+D = Integrated ) 含及上述兩個接口， 在管腳定義上有明顯的區(qū)分，當 DVI-I 接 VGA 時， 就是 起到了 DVI-A 的作用 ；當 DVI-I 接 DVI-D 時， 只起了 DVI-D的作用。

DVI介紹-DVI的帶寬

DVI Single Link : 165MP/s (最大TMDS象素率/ 時鐘) X 3 (因為R.G.B) X 10 (每R/G/B的8bit, 經(jīng)8B/10B編碼)= 4.95Gb/s; DVI Dual Link : 9.9Gbp/s

舉例：HDTV Plamas等離子顯示器：精度：1920 X1080，24bit (RGB), 刷新率：每秒30幀

所以要傳輸HDTV的圖像需要帶寬是(不包括Blanking)：1920 X 1080 X 24 X 30 = 1.49Gb/s

舉例：QXGA TFT-LCD液晶顯示器：精度：2048 X1536，24bit (RGB), 刷新率：每秒60幀

所以要傳輸QXGA的圖像需要帶寬是 (不包括Blanking)：2048 X 1536 X 24 X 60 = 4.5Gb/s

DVI發(fā)生器一致性測試

Half Clock Pattern半時鐘碼型：

當輸入編碼器的序列為間隔的0X01與0XFF時, 編碼器將會輸出半時鐘碼型, 即間隔的0X3FF與0X000的TMDS字符

偽隨機碼：

可以使用23bit的線性反饋位移記數(shù)器(程式為X23+ X5+ 1) 產(chǎn)生這偽隨機碼，它會在223– 1次后重復(fù), 輸入到TMDS編碼器中, 所有可能的TMDS字符都被產(chǎn)生了

對于標準的DVI接口來說，需要測試治具把信號延伸出來，否則沒有測試點，治具如下圖所示：

然而，DVI協(xié)會早就不做治具了，主要還是因為HDMI/DP的沖擊，DVI接口使用越來越少了，治具也就失去了市場。但是，在某些行業(yè)，DVI還在繼續(xù)使用，依然有測試的需求。那該怎么辦呢？

其實仔細想想，DVI和HDMI都是TMDS信號，那是不是用HDMI治具就可以了呢？沒錯，配個DVI轉(zhuǎn)HDMI轉(zhuǎn)接頭，就可以用HDMI方案測試DVI了。

HDMI介紹-簡介

HDMI 作為 DVI 數(shù)字接口技術(shù)在 2001 年左右引入到市場，2002 年 12 月HDMI Licensing,LLC 組織發(fā)布了初始版本，2009 年推出了 HDMI1.4，支持 Type D/E 連接器和 Type E 線纜、支持 HEAC、4Kx2K（刷新率有 30Hz）視頻格式等，2011 年推出 HDMI1.4b。2014 年成立的 HDMI Forum 發(fā)布了HDMI2.0 初始版本，TMDS 速率可達 5.94Gbps，支持 4K/60Hz,2017 年推出了 HDMI2.1 標準，除了向下兼容 TMDS 信號外，還支持 FRL 信號，最高速率可達 12Gbps，支持 4K@120Hz，8K@60Hz。

帶寬計算

PCLK: pixel clock(像素頻率) 計算方法如下： 以1920x1080p/60hz為例，total pixel：2200，total line：1125，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 2200*1125*60 = 148.5MHz；每個channel的帶寬 = 148,500,000 * 1 * 10 = 1.485 Gbps HDMI總帶寬=1.485*3=4.46Gbps 1280x720p/60hz為例，total pixel：1650，total line：750，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 1650*751*60 = 74.25MHz； 3840x2160p/60hz 為例，total pixel：4400，total line：2250，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 4400*2250*60 = 594MHz； 那么，HDMI1.4是否可以傳輸4k？ 4K頻率需要的帶寬：選最常用的3840x2160分辨率，色深的話常用的是8位，RGB三色就是24bit，我們的目標是60Hz刷新率(60fps)→→→ 5.94*3=17.82Gbps HDMI1.4像素時鐘高達340MHz，即最大帶寬是：→→→ 340MHz*10bit（10bit編碼）*3（3個數(shù)據(jù)通道）=10.2Gbps

答案很顯然了。

HDMI 原理架構(gòu)以及信號特性

HDMI使用最小跳變差分信號(TMDS)技術(shù)，差分信號共模偏置電壓為+3.3 V，端口阻抗為50歐姆，額定幅度跳變?yōu)?00 mV (+2.8 V到+3.3 V)，電壓擺幅可以在150 mV - 800 mV之間變化。信號的上升時間約為100 ps左右。單個鏈路上的數(shù)據(jù)速率可以在25 Mpps - 165 Mpps之間(Mpps = 每秒兆像素)。由于每個像素用10個數(shù)據(jù)位表示，因此數(shù)據(jù)傳輸速率最大為1.65Gbps,一個bit的周期時間(通常稱為Tbit)最低為606 ps。圖2是典型的HDMI時鐘和數(shù)據(jù)信號。由于顯示分辨率是可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)的，在不同的分辨率下數(shù)據(jù)的傳輸率會相應(yīng)的進行改變，同時Tbit也會相應(yīng)改變，所以為了方便，在測試標準中大多數(shù)時間相關(guān)的參數(shù)指標是以Tbit為單位來定義的。而邏輯擺幅也是可以根據(jù)不同的設(shè)計允許變化的，所以幅度軸上的參數(shù)標準都是以Vswing為單位來定義。TMDS傳輸鏈路由三條數(shù)據(jù)通道和一條時鐘通道組成。三個數(shù)據(jù)通道分別傳輸RGB信號。

HDMI 物理層的一致性測試的規(guī)范以及測試方法

按照 CTS的規(guī)范，對于源端，需要進行一致性測試的與電特性相關(guān)的項目有三類，時鐘－數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)－數(shù)據(jù)，單端信號。下面分別對每個測試項目進行詳細討論。

測試的注意事項

a：在 CTS1.1 規(guī)范中是采用探頭插在夾具的方 PIN 的針腳上的方式捕獲信號的，但隨著數(shù)據(jù)傳輸率的提高，這種方式由于連接的電感效應(yīng)給信號帶來的過沖變得越來越明顯，影響到眼圖和過沖等參數(shù)測試的準確性，在 CTS1.2 的規(guī)范中開始采用 SMA 的連接方式，這種連接方式可以保證比較好的信號完整性。

b：由于 TMDS 信號是有 3.3V 的共模偏置電壓的，在實際工作的時候，TMDS 信號在 Sink 接受端會有 3.3V 的共模上拉來進行偏置的匹配，如果沒有上拉匹配的話，Source 端將認為沒有 Sink設(shè)備與其連接，所以在測試的時候必須在外部強行將信號進行上拉至 3.3V。

c：在下圖中還有一個 EDID Emulator 的設(shè)備，它的作用是模擬一個支持各種分辨率的 Sink 設(shè)備，在 EDID Emulator 的 EEPROM 中會根據(jù) HDMI 的協(xié)議預(yù)先設(shè)置好各種分辨率的信息，以使支持不同分辨率的 Source 設(shè)備均可以找到與之匹配的 Sink 設(shè)備，從而發(fā)送不同速率的信號以供測試。如果沒有 EDID Emulator，當夾具插到 Source 設(shè)備的輸出端后將看不到任何信號輸出。

測試指導(dǎo)

針對 HDMI Source DUT 進行物理層一致性測試，有以下幾點需要注意：

1.需要知道 DUT 支持的視頻格式，比如分辨率、刷新率、色深等;

2.可以通過外接高分辨率顯示器去觀察兩者匹配的視頻格式;

3.如果 DUT 可以支持超過顯示器能力的視頻格式，通常顯示就黑屏了，比如如下幾種7680x4320;

4.如何利用測試夾具、EDID/SCDC 模擬 sink 針對 Source DUT 進行測試，請參考如下組網(wǎng)環(huán)境;

5.針對 HDMI1.4、2.1 TMDS/FRL 不同標準、多種視頻格式手動測試非常繁瑣，可以參考如下設(shè)置進行自動化測試;

6.該 DUT 可以支持 FRL 速率，如下是 Data lane 產(chǎn)生的 1.5G、3GHz、4GHz、5GHz、6GHz 的奈奎斯特信號;

數(shù)據(jù)信號測試眼圖如下：

這里使用的是D9021HDMC軟件，很貴。如果沒有購買，HDMI信號能測嗎？使用軟件，最大的好處就是自動化跑程序，不用自己去判斷結(jié)果，也不要自己去Cursor一項項手工量測。所以，沒有買軟件一樣可以測試。發(fā)出波形后自己疊個眼圖就可以了嘛。再自己畫個Mask模板進去，這里偷懶了，肉眼可見的Pass，沒有放Mask進去。

重點來了，測這些真的解決問題嗎？

看你做什么產(chǎn)品了，如果一直是跟著大廠走，你可能很少遇到問題，如果自主設(shè)計比較復(fù)雜，遇到問題那就是家常便飯。

舉個栗子：

一個產(chǎn)品出現(xiàn)花屏，各種色斑頻閃。

這是HDMI信號轉(zhuǎn)LVDS信號到顯示屏的。

只有A家顯卡有這個問題，測試HDMI信號如下圖所示：

似乎沒看出什么問題，但是當我們降低電壓幅度后，如下圖所示：

花屏現(xiàn)象消失，顯示恢復(fù)正常。

B家顯卡沒有問題，自始至終顯示正常，可惜只能用A家出貨

測試B家顯卡HDMI信號如下：

A家顯卡降低電壓后眼圖明顯不如B家顯卡，但是問題現(xiàn)象消失，那不關(guān)信號質(zhì)量的事額，說明電壓幅度是本題關(guān)鍵，可是找誰說理去？轉(zhuǎn)換芯片沒有給出這個要求，不測試能找到問題嗎？

不要只盯著協(xié)會的一致性測試看，那都是大廠要求。尋常百姓家，測試的目的就是找到問題，解決問題。

審核編輯：湯梓紅