HDMI接收端和發(fā)射端符合性測(cè)試及特性描述.docx

HDMI接收端和發(fā)射端符合性測(cè)試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )高清晰多媒體接口(HDMI)是一個(gè)行業(yè)性的、非壓縮的全數(shù)字化音視頻接口。HDMI提供了任何兼容的數(shù)字化音視頻源設(shè)備之間的連接，例如機(jī)頂盒，DVD機(jī)，A/V接收機(jī)，以及兼容的數(shù)字音頻和/視頻監(jiān)視器，如數(shù)字電視。HDMI如今已是成為全球數(shù)字連接的支配性標(biāo)準(zhǔn)。目前有400多家消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)商支持該標(biāo)準(zhǔn)。HDMI可以在一根電纜上傳送標(biāo)準(zhǔn)的、增強(qiáng)的或高清視頻，以及多通道數(shù)字音頻。它獨(dú)立于以前的各種DTV標(biāo)準(zhǔn)，如ATSC,DVB(-T,-S,-C)。它包括發(fā)送到解碼器的MPEG數(shù)據(jù)流包，并按照無壓縮的、可以是高清的視頻數(shù)據(jù)格式發(fā)送到輸出端。利用T_MDS(最小跳變傳輸信令)對(duì)視頻數(shù)據(jù)解碼，以便在HDMI上進(jìn)行數(shù)字傳輸。為了進(jìn)行符合性測(cè)試和特性描述，需要一臺(tái)如圖1所示的T_MDS信號(hào)產(chǎn)生器。HDMI 1.2支持多達(dá)8個(gè)通道的一比特音頻。在超高音質(zhì)的CD中采用這種格式。標(biāo)準(zhǔn)的A型HDMI連接器有19個(gè)引腳。而高分辨率的B型則有29個(gè)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(xiàn)代計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和圖形卡中所用的單鏈路數(shù)字視頻接口(DVI)。這就意味著DVI源能夠驅(qū)動(dòng)一臺(tái)HDMI監(jiān)視器，反之利用一個(gè)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(yuǎn)程控制功能。HDMI1.3支持深彩色，高速率和強(qiáng)大的PC匯聚功能。2006年初，HDMI批準(zhǔn)了LCC，這代表著HDMI的7家奠基公司宣布開發(fā)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(jìn)PC中。利用一根電纜來提供清晰的，全數(shù)字化的音視頻，HDMI將簡(jiǎn)化電纜連接，為消費(fèi)者提供最佳的家庭影院體驗(yàn)。電纜和接收端電性能測(cè)試優(yōu)于HDMI1.3版本的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到了吉比特級(jí)，像抖動(dòng)這類的物理層參數(shù)將變得越加重要。不僅必須測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送器輸出端的抖動(dòng)預(yù)算，還必須測(cè)量接收器輸入端的抖動(dòng)容限。抖動(dòng)容限使得接收端對(duì)輸入信號(hào)的抖動(dòng)具有調(diào)節(jié)作用，并檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn)或者其性能是否具有一定的余量。HDMI符合性測(cè)試規(guī)范要求利用一臺(tái)T_MDS信號(hào)源進(jìn)行電纜和接收端的電性能測(cè)試。圖1：基于ParBERT 81250的T_MDS信號(hào)源。Agilent T_MDS信號(hào)源Agilent T_MDS信號(hào)源具有三個(gè)通道，即D0,D1和D2，分別覆蓋綠、紅、藍(lán)三基色。另外，還提供第四個(gè)通道，即D-通道，用作為對(duì)內(nèi)時(shí)滯通道，提供HDMI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的普通和互補(bǔ)數(shù)據(jù)之間的附加時(shí)滯測(cè)試。還提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。用于符合性測(cè)試和特性描述的T_MDS信號(hào)源的主要特性包括：* YMDS信號(hào)電平調(diào)節(jié)* 具有最佳的信號(hào)性能，速率高達(dá)7Gb/s，抖動(dòng)低* 具有真正獨(dú)立的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)插入的抖動(dòng)調(diào)制功能* 具有用于HDMI視頻幀的數(shù)據(jù)序列產(chǎn)生軟件完美的抖動(dòng)容限曲線：目前僅有安捷倫的T_MDS信號(hào)源允許測(cè)量完美的HDMI抖動(dòng)容限曲線。高抖動(dòng)容限測(cè)試檢測(cè)接收端對(duì)抖動(dòng)調(diào)制產(chǎn)生的應(yīng)力的靈敏度。抖動(dòng)調(diào)制支持最大值的1.5UI，頻率高達(dá)30MHz。獨(dú)立的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)調(diào)制：目前，領(lǐng)先的半導(dǎo)體廠商已經(jīng)證實(shí)，完全的和深入的HDMI特性描述和裕度測(cè)試，需要能夠以同步和異步的方式對(duì)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行抖動(dòng)調(diào)制的測(cè)試模式。安捷倫T_MDS信號(hào)源真正提供兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘組。利用集成的HDMI幀產(chǎn)生器軟件或補(bǔ)充的N5990A測(cè)試自動(dòng)軟件可以自由地調(diào)節(jié)非同步時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)調(diào)制的關(guān)系。視頻分幀數(shù)據(jù)：分幀的視頻數(shù)據(jù)是利用功能強(qiáng)大的基于ParBERT的T_MDS信號(hào)源中的序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的。非常適用于手動(dòng)操作，例如對(duì)于研發(fā)階段的應(yīng)用，可以用HDMI幀產(chǎn)生器軟件E4887A-207提供該功能。在圖2的例子中，產(chǎn)生的是一個(gè)740480p的視頻幀，可以無限重復(fù)。該軟件將視頻數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)塊，為的是有效地利用ParBERT存儲(chǔ)器并生成合適的比特流。圖2：HDMI幀產(chǎn)生器軟件。自動(dòng)測(cè)試：利用N5990A自動(dòng)測(cè)試軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)HDMI符合性以及更深入的特性的自動(dòng)測(cè)量。該軟件在T_MDS產(chǎn)生器的PC控制器上運(yùn)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(cè)試的T_MDS信號(hào)源，或者用于發(fā)送端測(cè)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(tǒng)校準(zhǔn)。系統(tǒng)校準(zhǔn)對(duì)于HDMI接收端測(cè)試來說非常重要，因?yàn)橐_保校準(zhǔn)后得抖動(dòng)量能夠適用于被測(cè)部件(DUT)的應(yīng)力。HDMI接收端和發(fā)射端符合性測(cè)試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )圖3：HDMI測(cè)試配置界面。在每組測(cè)試中(校準(zhǔn)，接收端，發(fā)送端)，用戶可以選擇測(cè)試樹型結(jié)構(gòu)(圖4的左側(cè)欄)中的任何一項(xiàng)測(cè)試。對(duì)于絕大多數(shù)測(cè)試，在專家模式中還可以選擇參數(shù)，選擇在特性樹型結(jié)構(gòu)的右欄中進(jìn)行。在符合性測(cè)試模式中，所有測(cè)試均按照HDMI符合性測(cè)試規(guī)范(CTS)中的規(guī)定進(jìn)行。圖4：N5990A主顯示屏界面。校準(zhǔn)：可以按圖5所示的格式來描述校準(zhǔn)結(jié)果。對(duì)于最終的測(cè)試，可以利用內(nèi)置最新的軟件工具和微軟網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的N5990A。所用的C語言避免了通常的圖形開發(fā)環(huán)境中所必須的開銷。因而實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)上最短的校準(zhǔn)時(shí)間。在執(zhí)行相同測(cè)試任務(wù)的條件下，該頗具競(jìng)爭(zhēng)性的校準(zhǔn)時(shí)間通常能夠減少一半。圖5：時(shí)鐘抖動(dòng)校準(zhǔn)結(jié)果。接收端測(cè)試該N5990A自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)還可以通過測(cè)試來指導(dǎo)用戶。例如，如圖6中就給出了T_MDS最小/最大差分?jǐn)[幅接收端測(cè)試的儀器配置方法(CTS test ID 8-5)。在該特殊的配置中，一臺(tái)滿T_MDS的包括時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)源以及電源的信號(hào)源，通過一個(gè)TPA-P被連接到DUT。而且只有當(dāng)用戶確認(rèn)設(shè)置后測(cè)試方可開始。圖6：接收端測(cè)試的設(shè)備連接圖7給出了苛刻的抖動(dòng)容限(test ID 8-7)測(cè)試的結(jié)果。E4887A T_MDS信號(hào)源的獨(dú)特的獨(dú)立時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)插入功能提供了最完善的測(cè)試覆蓋。如圖7所示，N5990A采用MS Excel表的格式來顯示數(shù)據(jù)圖形和圖表。所有測(cè)試結(jié)果都被復(fù)制到同一工作表(見圖8)中，故在一個(gè)地方就可以得到所有數(shù)據(jù)，分析，存儲(chǔ)和后處理都很方便。因此，該方案大大地提高了生產(chǎn)率。圖7：抖動(dòng)容限結(jié)果。HDMI接收端和發(fā)射端符合性測(cè)試及特性描述 ( 2010/4/29 13:48 )圖8：測(cè)試結(jié)果工作表。發(fā)送端測(cè)試N5990A自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)能夠與用于HDMI發(fā)送端測(cè)試的、運(yùn)行在安捷倫DSO80000系列中一臺(tái)示波器上的N5399A接口。N5990A負(fù)責(zé)發(fā)送端測(cè)試的配置和啟動(dòng)。測(cè)試完成后，數(shù)據(jù)圖表從示波器中上載到作為整個(gè)測(cè)試控制器的T_MDS產(chǎn)生器的PC控制器上的自動(dòng)平臺(tái)中。圖9顯示的是T_MDS發(fā)送端上升時(shí)間測(cè)試(test ID 7-4)結(jié)果。該T_MDS數(shù)據(jù)眼圖(test ID 7-10)結(jié)果在圖10中給出。發(fā)送端測(cè)試數(shù)據(jù)也放到Excel表中，以用于后續(xù)處理。圖9：發(fā)送端上升時(shí)間測(cè)試圖10：數(shù)據(jù)眼圖結(jié)論之前，HDMI符合性測(cè)試和特性描述通常都是比較大的挑戰(zhàn)，這是由于在已有的測(cè)試方案中存在信號(hào)質(zhì)量，系統(tǒng)性能以及應(yīng)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(dāng)測(cè)試方案，HDMI測(cè)試如今可以可靠且方便地實(shí)現(xiàn)。在本文中，所用的例子就是接收端和發(fā)送端的高速電性能測(cè)試。對(duì)于這些測(cè)試所建議的解決方案中包括一臺(tái)T_MDS信號(hào)源，一臺(tái)高帶寬的實(shí)時(shí)示波器及自動(dòng)測(cè)試軟件。利用該方案，測(cè)試被大大簡(jiǎn)化，原因在于大大減少了校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)間，在HDMI測(cè)試設(shè)備上全部采用了中央控制，還有所有測(cè)試數(shù)據(jù)的中央存儲(chǔ)。其中，安捷?司的合作伙伴BitifEye公司提供了自動(dòng)測(cè)試軟件平臺(tái)。如何實(shí)現(xiàn)HDMI/DVI開關(guān)所需的信號(hào)切換和電平匹配 ( 2010/4/27 13:49 )近幾年來，視頻傳輸經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的根本轉(zhuǎn)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(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求幾乎完全相同，它們必須同時(shí)處理一組高頻和低頻信號(hào)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用最小跳變差分信號(hào)(T_MDS)傳輸數(shù)據(jù)的高頻(視頻)部分。T_MDS信號(hào)采用四個(gè)差分對(duì)傳輸R、G、B和時(shí)鐘，占用19針連接器的8個(gè)引腳。HDMI和DVI設(shè)計(jì)為“即插即用”，即監(jiān)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(xié)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(hào)。HDMI/DVI基本原理為實(shí)現(xiàn)HDMI和DVI系統(tǒng)中的“即插即用”功能，源端(通常是一臺(tái)電腦、DVD播放器或游戲機(jī))和接收端(通常是監(jiān)視器或接收機(jī))必須連接起來。HDMI和DVI借用視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA)的開放標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)字顯示通道(DDC)、一個(gè)被稱為熱插拔檢測(cè)(HPD)的新信號(hào)，以及一路可以由源端向接收鍛提供50mA電流的標(biāo)準(zhǔn)5V信號(hào)。在標(biāo)準(zhǔn)的VESA方法中，源端尋址EDID(擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù))EPROM。該EPROM器件包含接收設(shè)備的品牌、型號(hào)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(xié)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(gè)差分對(duì)連接的T_MDS信號(hào)、+5V、HPD以及DDC信號(hào)。DDC信號(hào)連接至EDID，EDID電源由接收端內(nèi)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(jìn)行通信。1980年推出的I2C規(guī)范是+5V規(guī)范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存儲(chǔ)所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V電源時(shí)，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(hù)。為了在兩路HDMI/DVI源之間切換，設(shè)計(jì)工程師必須處理兩路不同的信號(hào)：T_MDS高頻信號(hào)和前面提到的低頻信號(hào)。一些新型HDMI處理器具有兩組可處理高頻T_MDS信號(hào)的輸入端，但是無法處理電壓相對(duì)較高的低頻信號(hào)。Maxim公司的MAX4929E可在處理上述低頻信號(hào)時(shí)提供最大的靈活性和選擇性。在低頻視頻信號(hào)源之間的切換利用MAX4929E進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有與外部連接器連接的信號(hào)都具有15kV HBM(人體模型)保護(hù)措施。這種高級(jí)別的ESD保護(hù)通?？梢允∪ジ饕_的額外保護(hù)措施。MAX4929E允許接入兩組DDC信號(hào)，并選擇其中一路輸入。這種源切換可實(shí)現(xiàn)多種功能，比如：為信號(hào)提供ESD保護(hù)；同一時(shí)刻只選通一個(gè)源端并提供邏輯電平箝位，以避免EDID EPROM端的電壓不會(huì)出現(xiàn)高于其電源電壓。MAX4929E僅消耗極少的電流，源端設(shè)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(shè)計(jì)工程師不必?fù)?dān)心某個(gè)源設(shè)備開啟而其它源設(shè)備關(guān)斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。由于一些原因，源設(shè)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(gè)接收端，還可以防止第二條電纜加載I2C總線。后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)解決了兩路源設(shè)備同時(shí)連接至一個(gè)負(fù)載時(shí)，可能出現(xiàn)的主機(jī)沖突和額外的容性負(fù)載(每條電纜的分布電容為200pf/m)問題。如果將第二條2m長(zhǎng)的電纜連接到主電纜上，將會(huì)超過最大分布電容限制為700pf的規(guī)范要求。通過使用開關(guān)，I2C驅(qū)動(dòng)器在同一時(shí)刻只驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載，這樣，即使連接兩條3m長(zhǎng)的電纜也不違反規(guī)范要求。在大多數(shù)系統(tǒng)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(gè)與TTL電平兼容的HPD信號(hào)。MAX4929E的這個(gè)功能可解決HPD輸出端的ESD保護(hù)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(hào)的邏輯電平轉(zhuǎn)換功能。如果HPR信號(hào)為邏輯高電平(標(biāo)稱值+5V)，則該邏輯高電平會(huì)出現(xiàn)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?yàn)镸AX4929E的基準(zhǔn)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(hào)，則MCU就收到與TTL電平兼容的信號(hào)，然后MCU發(fā)出HPD信號(hào)。MAX4929E將HPD信號(hào)“導(dǎo)引”到正確的HDMI器件上，并且在所連接的器件上產(chǎn)生與TTL電平完全兼容的信號(hào)。MAX4929E接收低電壓MCU的邏輯1或邏輯0，并且為HPD產(chǎn)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(hào)是邏輯電平兼容的，因?yàn)槠浠鶞?zhǔn)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(xié)同工作外，MAX4929E還可與MAX4886 HDMI/DVI視頻開關(guān)組成芯片組，以便支持兩組T_MDS信號(hào)輸入，并將它們集成到單個(gè)設(shè)備中。MAX4886/MAX4929E芯片組可為單路輸入設(shè)備提供第二組輸入。本文小結(jié)MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI開關(guān)中所有低頻信號(hào)的切