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HDMI接收端和发射端符合性测试及特性描述
( 2010/4/29 13:48 )
高清晰多媒体接口(HDMI)是一个行业性的、非压缩的全数字化音视频接口。HDMI提供了任何兼容的数字化音视频源设备之间的连接，例如机顶盒，DVD机，A/V接收机，以及兼容的数字音频和/视频监视器，如数字电视。
HDMI如今已是成为全球数字连接的支配性标准。目前有400多家消费电子产品生产商支持该标准。
HDMI可以在一根电缆上传送标准的、增强的或高清视频，以及多通道数字音频。它独立于以前的各种DTV标准，如ATSC,DVB(-T,-S,-C)。它包括发送到解码器的MPEG数据流包，并按照无压缩的、可以是高清的视频数据格式发送到输出端。利用T_MDS(最小跳变传输信令)对视频数据解码，以便在HDMI上进行数字传输。为了进行符合性测试和特性描述，需要一台如图1所示的T_MDS信号产生器。
HDMI 1.2支持多达8个通道的一比特音频。在超高音质的CD中采用这种格式。
标准的A型HDMI连接器有19个引脚。而高分辨率的B型则有29个引脚，支持1080p以上的高分辨率，不过目前还没有普及。A型HDMI后向兼容现代计算机监视器和图形卡中所用的单链路数字视频接口(DVI)。这就意味着DVI源能够驱动一台HDMI监视器，反之利用一个匹配的适配器或电缆也是如此，不过DVI不支持HDMI的音频和远程控制功能。
HDMI1.3支持深彩色，高速率和强大的PC汇聚功能。2006年初，HDMI批准了LCC，这代表着HDMI的7家奠基公司宣布开发新版本的HDMI，即HDMI1.3。新版本包括支持深彩色，高速率，并易于集成进PC中。利用一根电缆来提供清晰的，全数字化的音视频，HDMI将简化电缆连接，为消费者提供最佳的家庭影院体验。
电缆和接收端电性能测试
优于HDMI1.3版本的传输速率已经达到了吉比特级，像抖动这类的物理层参数将变得越加重要。不仅必须测量数据发送器输出端的抖动预算，还必须测量接收器输入端的抖动容限。抖动容限使得接收端对输入信号的抖动具有调节作用，并检查是否符合标准或者其性能是否具有一定的余量。HDMI符合性测试规范要求利用一台T_MDS信号源进行电缆和接收端的电性能测试。

图1：基于ParBERT 81250的T_MDS信号源。
Agilent T_MDS信号源
Agilent T_MDS信号源具有三个通道，即D0,D1和D2，分别覆盖绿、红、蓝三基色。另外，还提供第四个通道，即D-通道，用作为对内时滞通道，提供HDMI标准中规定的普通和互补数据之间的附加时滞测试。还提供一个时钟信号。
用于符合性测试和特性描述的T_MDS信号源的主要特性包括：
* YMDS信号电平调节
* 具有最佳的信号性能，速率高达7Gb/s，抖动低
* 具有真正独立的时钟和数据抖动插入的抖动调制功能
* 具有用于HDMI视频帧的数据序列产生软件
完美的抖动容限曲线：目前仅有安捷伦的T_MDS信号源允许测量完美的HDMI抖动容限曲线。高抖动容限测试检测接收端对抖动调制产生的应力的灵敏度。抖动调制支持最大值的1.5UI，频率高达30MHz。
独立的时钟和数据抖动调制：目前，领先的半导体厂商已经证实，完全的和深入的HDMI特性描述和裕度测试，需要能够以同步和异步的方式对时钟和数据进行抖动调制的测试模式。
安捷伦T_MDS信号源真正提供两个独立的时钟组。利用集成的HDMI帧产生器软件或补充的N5990A测试自动软件可以自由地调节非同步时钟和数据抖动调制的关系。

视频分帧数据：分帧的视频数据是利用功能强大的基于ParBERT的T_MDS信号源中的序列产生器产生的。非常适用于手动操作，例如对于研发阶段的应用，可以用HDMI帧产生器软件E4887A-207提供该功能。在图2的例子中，产生的是一个740×480p的视频帧，可以无限重复。该软件将视频数据组织成数据块，为的是有效地利用ParBERT存储器并生成合适的比特流。

图2：HDMI帧产生器软件。
自动测试：利用N5990A自动测试软件平台可以实现HDMI符合性以及更深入的特性的自动测量。该软件在T_MDS产生器的PC控制器上运行。该软件能够完全配置和控制所需的仪器，例如，用于接收端测试的T_MDS信号源，或者用于发送端测试的示波器，可以选择视频的格式和色深(见图3)。另外还提供了系统校准。系统校准对于HDMI接收端测试来说非常重要，因为要确保校准后得抖动量能够适用于被测部件(DUT)的应力。

HDMI接收端和发射端符合性测试及特性描述
( 2010/4/29 13:48 )

图3：HDMI测试配置界面。
在每组测试中(校准，接收端，发送端)，用户可以选择测试树型结构(图4的左侧栏)中的任何一项测试。对于绝大多数测试，在专家模式中还可以选择参数，选择在特性树型结构的右栏中进行。在符合性测试模式中，所有测试均按照HDMI符合性测试规范(CTS)中的规定进行。

图4：N5990A主显示屏界面。
校准：可以按图5所示的格式来描述校准结果。对于最终的测试，可以利用内置最新的软件工具和微软网络环境的N5990A。所用的C语言避免了通常的图形开发环境中所必须的开销。因而实现了市场上最短的校准时间。在执行相同测试任务的条件下，该颇具竞争性的校准时间通常能够减少一半。

图5：时钟抖动校准结果。
接收端测试
该N5990A自动测试平台还可以通过测试来指导用户。例如，如图6中就给出了T_MDS最小/最大差分摆幅接收端测试的仪器配置方法(CTS test ID 8-5)。在该特殊的配置中，一台满T_MDS的包括时钟和数据抖动源以及电源的信号源，通过一个TPA-P被连接到DUT。而且只有当用户确认设置后测试方可开始。

图6：接收端测试的设备连接
图7给出了苛刻的抖动容限(test ID 8-7)测试的结果。E4887A T_MDS信号源的独特的独立时钟和数据抖动插入功能提供了最完善的测试覆盖。如图7所示，N5990A采用MS Excel表的格式来显示数据图形和图表。所有测试结果都被复制到同一工作表(见图8)中，故在一个地方就可以得到所有数据，分析，存储和后处理都很方便。因此，该方案大大地提高了生产率。

图7：抖动容限结果。

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( 2010/4/29 13:48 )

图8：测试结果工作表。
发送端测试
N5990A自动测试平台能够与用于HDMI发送端测试的、运行在安捷伦DSO80000系列中一台示波器上的N5399A接口。N5990A负责发送端测试的配置和启动。测试完成后，数据图表从示波器中上载到作为整个测试控制器的T_MDS产生器的PC控制器上的自动平台中。
图9显示的是T_MDS发送端上升时间测试(test ID 7-4)结果。该T_MDS数据眼图(test ID 7-10)结果在图10中给出。发送端测试数据也放到Excel表中，以用于后续处理。

图9：发送端上升时间测试

图10：数据眼图
结论
之前，HDMI符合性测试和特性描述通常都是比较大的挑战，这是由于在已有的测试方案中存在信号质量，系统性能以及应用的方便性等方面的限制。利用包括硬件，软件及附件的适当测试方案，HDMI测试如今可以可靠且方便地实现。在本文中，所用的例子就是接收端和发送端的高速电性能测试。对于这些测试所建议的解决方案中包括一台T_MDS信号源，一台高带宽的实时示波器及自动测试软件。利用该方案，测试被大大简化，原因在于大大减少了校准和测试时间，在HDMI测试设备上全部采用了中央控制，还有所有测试数据的中央存储。其中，安捷??司的合作伙伴——BitifEye公司提供了自动测试软件平台。

如何实现HDMI/DVI开关所需的信号切换和电平匹配
( 2010/4/27 13:49 )
近几年来，视频传输经历了从模拟到数字的根本转变，VGA和分量视频等模拟视频链路正在被HDMI和DVI取代。这两种数字视频传输标准的要求几乎完全相同，它们必须同时处理一组高频和低频信号。这两种标准均采用最小跳变差分信号(T_MDS)传输数据的高频(视频)部分。T_MDS信号采用四个差分对传输R、G、B和时钟，占用19针连接器的8个引脚。HDMI和DVI设计为“即插即用”，即监视器(接收端)和视频源连接在一起，并一同寻找以最佳性能协同工作的方法。许多新型T_MDS HDTV芯片具有两套完整的高频(T_MDS)输入，但无法处理低频信号。
HDMI/DVI基本原理
为实现HDMI和DVI系统中的“即插即用”功能，源端(通常是一台电脑、DVD播放器或游戏机)和接收端(通常是监视器或接收机)必须连接起来。HDMI和DVI借用视频电子标准协会(VESA)的开放标准，采用数字显示通道(DDC)、一个被称为热插拔检测(HPD)的新信号，以及一路可以由源端向接收锻提供50mA电流的标准5V信号。在标准的VESA方法中，源端寻址EDID(扩展显示标识数据)EPROM。该EPROM器件包含接收设备的品牌、型号以及所支持的分辨率模式。源端和接收端必须至少有一种相同的显示模式，以便二者协同工作。图1为通过HDMI/DVI连接器连接源端与接收端的EDID EPROM电路原理图。

图1：通过HDMI/DVI连接器连接源端与接收端的EDID EPROM电路原理图。
在图1中，给出了作为四个差分对连接的T_MDS信号、+5V、HPD以及DDC信号。DDC信号连接至EDID，EDID电源由接收端内部提供。该图说明了源端和接收端的通用连接模式。源端和接收端通过I2C兼容的DDC线路进行通信。1980年推出的I2C规范是+5V规范。典型的EDID EPROM如24LC22包含2kb的EPROM用于存储所需信息，可工作于2.5V至5.5V。工作于+3.3V电源时，典型的低成本EDID EPROM不具备+5V耐压。因此，EDID EPROM器件必须工作于+5V电源，或者外部带有+5V保护。
为了在两路HDMI/DVI源之间切换，设计工程师必须处理两路不同的信号：T_MDS高频信号和前面提到的低频信号。一些新型HDMI处理器具有两组可处理高频T_MDS信号的输入端，但是无法处理电压相对较高的低频信号。Maxim公司的MAX4929E可在处理上述低频信号时提供最大的灵活性和选择性。
在低频视频信号源之间的切换
利用MAX4929E进行设计，所有与外部连接器连接的信号都具有±15kV HBM(人体模型)保护措施。这种高级别的ESD保护通常可以省去各引脚的额外保护措施。MAX4929E允许接入两组DDC信号，并选择其中一路输入。这种源切换可实现多种功能，比如：为信号提供ESD保护；同一时刻只选通一个源端并提供逻辑电平箝位，以避免EDID EPROM端的电压不会出现高于其电源电压。MAX4929E仅消耗极少的电流，源端设备提供的+5V即可满足其需求。
MAX4929E没有特殊的上电顺序要求，因此设计工程师不必担心某个源设备开启而其它源设备关断时会出现问题。由于一些原因，源设备之间的切换功能非常必要，该功能不仅可以控制连接哪个接收端，还可以防止第二条电缆加载I2C总线。后一个优点解决了两路源设备同时连接至一个负载时，可能出现的主机冲突和额外的容性负载(每条电缆的分布电容为200pf/m)问题。
如果将第二条2m长的电缆连接到主电缆上，将会超过最大分布电容限制为700pf的规范要求。通过使用开关，I2C驱动器在同一时刻只驱动一个负载，这样，即使连接两条3m长的电缆也不违反规范要求。
在大多数系统中，MCU控制各种操作。MCU必须确定输入是否有效，然后在EDID握手之后，返回一个与TTL电平兼容的HPD信号。MAX4929E的这个功能可解决HPD输出端的ESD保护问题，允许MCU确定所选的HDMI输入是否已连接，并提供从低电压MCU至5V TTL兼容信号的逻辑电平转换功能。
如果HPR信号为逻辑高电平(标称值+5V)，则该逻辑高电平会出现在连接至MCU的引脚上，并保证该引脚的逻辑电平与MCU电平兼容，因为MAX4929E的基准引脚连接至MCU的电源。如果在选中的输入端口上具有+5V信号，则MCU就收到与TTL电平兼容的信号，然后MCU发出HPD信号。MAX4929E将HPD信号“导引”到正确的HDMI器件上，并且在所连接的器件上产生与TTL电平完全兼容的信号。MAX4929E接收低电压MCU的逻辑1或逻辑0，并且为HPD产生同相的逻辑0或1(TTL兼容电平)。使用其输入，可确保该信号是逻辑电平兼容的，因为其基准连接至MCU的同一电源。

图2：MAX4929E的典型电路连接图。
除了与包含两路高频输入的T_MDS器件协同工作外，MAX4929E还可与MAX4886 HDMI/DVI视频开关组成芯片组，以便支持两组T_MDS信号输入，并将它们集成到单个设备中。MAX4886/MAX4929E芯片组可为单路输入设备提供第二组输入。
本文小结
MAX4929E控制2:1 HDMI/DVI开关中所有低频信号的切换，并为所有外部引线提供高级别的ESD保护。MAX4929E可以与EDID EPROM配合使用，支持+5V信号电平输入，输出可箝位至+3.3V以匹配EDID。此外，MAX4929E消除了一条电缆的电容影响，所以DDC输出每次仅与一组DDC连接。MAX4929E还具有第3个输入电压，此输入电压可连接至系统MCU的同一个电源上，这一特性可确保SEL、HPR和HPD信号兼容MCU的逻辑电平。MAX4929E可处理实现2:1 HDMI或DVI开关所需的全部切换、逻辑电平匹配以及ESD保护功能，还可增强MAX4886，以实现完整的单路输入设备切换功能。（美信集成产品公司）