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    玩转HDMI2.1 源端测试之【入门基础篇】

    出处:电子发烧友 发布于:2019-08-17 10:23:08 | 389 次阅读

      在HDMI2.1源端测试中,示波器模拟了sink的行为,提供了端接电阻和端接电压。EDID 仿真器模拟sink的EDID,提供分辨率/速率信息,HDMI2.0 的EDID仿真器也提供SCDC信息, 完成与source的沟通,使source输出需要TMDS信号。测试项目分为单端信号测试和差分信号测试,对应的连接方式分别为单端连接和差分连接,用于采集单端信号和差分信号,以便完成相应的测试项目。
      HDMI1.4b/2.0的测试难点:
      1)一些方案端接电压需要外接电源提供,或者端接电压不可调,无法验证极限情况;
      2)单端测试和差分测试信号采集需要更改硬件连接,过程繁琐耗时;
      3)测试信号速率随着分辨率变化,需要手动设置分辨率,测试无法自动化;
      这些问题在泰克HDMI2.1 FRL 测试方案中都得到了完美的解决。
      为了追求更好的视觉效果和体验,人们不满足于4Kp60Hz显示分辨率,也在追求8Kp60Hz和 4Kp120Hz的体验。但是8Kp60Hz 需要的带宽约64G(RGB/YCbCr 4:4:4格式),远远超过了HDMI2. 0的支持范围。所以HDMI协会增加HDMI2.1 FRL(Fixed Rate Link)模式,实现接口带宽的增加,满足8Kp60Hz需要。同时需要结合相应的YCbCr 4:2: 0编码和视频压缩技术。
      FRL模式如何实现带宽的增加
      FRL模式增加带宽的常用方法有两种,方法一:提升通道数据速率;方法二:速率不变时,增量通道数量。FRL模式这两种方法都有使用。在保持HDMI物理接口不变的情况,每个通道支持的速率增加到了12Gbps ;另外,原来的TMDS Clock channel重定义为FRL Lane3(时钟嵌入在数据流中); TMDS Data 0/1/2 分别对应FRL lane 0/1/2,如下图所示,共计有4个数据通道。这样就实现了最高48Gbps的带宽。信号的编码方式从TMDS的 8b/10b改变为FRL 16b/18b格式,编码效率更高。

    探棒,不需要外接电源,本身不仅可以提供标准的3.3V端接电压,用于协会要求的一致性测试。在用户自定义模式下,还提供可调的端接电压,例如设置3.0V的端接电压,用于验证源端芯片在端接电压变化时的情况。
      

    数据线引入的串扰。
      泰克方案针对以上情况,优化了算法, 测试时间短。
      *测试速率和码型自动切换
      以前测试需要手动更改分辨率,才能实现测试信号速率的变更。现在泰克通过测试软件与EDID/SCDC模拟器的配合,在SCDC(Status and Control Data Channel) offset 0x31中FRL_Rate设置测试信号速率, 在offset 0x41/42中为每个Lane 设置码型。实现了测试需要的速率和码型的自动切换,实现了测试完全自动化,提高了测试效率。
       泰克HDMI2.1 FRL自动化方案
      配置一:DPO 70000 SX示波器级联方案。两台DPO 70000 SX示波器,使用UltraSync cable同步级联,可以把8个通道的skew调整到1ps内,确保所有单端信号采集的同步性。同时采集8个单端信号后,再自动计算生成4对差分信号。 测试过程不需要更改硬件连接, 信号路径衰减小,测试速度快,效率高。搭配EDID emulator,实现速率和码型的自动切换。
      玩转HDMI2.1 源端测试之【入门基础篇】
      配置二:DPO70000SX示波器搭配Tri-mode探棒。利用Tri-mode探棒的特性,在测试软件控制下,交替工作在单端模式(A-GND和B-GND),分次完成对8个单端信号的采集。 测试过程也不需要更改硬件连接。连接示意图如下,示波器会对探棒进行自动去嵌,消除探棒对信号的影响。兼顾了成本和效率,同样通过EDID emulator实现自动化的测试。
      玩转HDMI2.1 源端测试之【入门基础篇】
      示波器带宽的考量
      在HDMI2.1规范中推荐示波器带宽是23GHz或者以上。出于成本考虑,大家也许会问,16GHz 或者20GHz带宽的示波器可以吗?一方面可以从上升时间和带宽的角度来看,HDMI2.1 信号允许的最快上升时间22.5ps(20%-80%)。示波器测量到上升时间可以用如下公式计算:
      玩转HDMI2.1 源端测试之【入门基础篇】
      从上表可以看到带宽越高,上升时间的测量误差就越小。从带宽角度看,示波器的带宽定义是示波器观察到的正弦波幅度衰减-3dB的频率。在实际测试过程中,非正弦波信号需要考虑3次~5次谐波。HDMI2.1 信号速率最高12Gbps,基频是6GHz, 3次谐波频率是18GHz,16GHz带宽的示波器测量到3次谐波成分会被衰减超过-3dB。另一方面被测HDMI2.1 DUT的FRL最高速率没有达到上限12Gbps的话,可以按照上面的计算方法实际评估示波器的带宽需求。
      简单来说,为了保证更好的测量精度以及测试的合规性,示波器的带宽越高越好。
      总结
      泰克示波器利用通道可调端接电压,Tri-mode 探棒的单端特性/示波器级联特性,以及与EDID/SCDC模拟器配合,实现了HDMI2.1 FRL 源端测试的真正自动化,提高了测试效率。 专门针对FRL信号的优化算法,加快了测试速度。从而帮助客户快速验证HDMI2.1 产品, 加速客户产品市场化的过程。

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    关键词:HDMI2.1

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