HDMI原理及测试方法

高清多媒体接口HDMI原理及测试方法2009-9-212高速信号完整性工程师培训课程HDMI–设备类型PlugPlugReceptacleTxReceptacleRxSinkDevices•TVs,Monitors,Repeaters,etc.SourceDevices•Set-topBoxes,DVDs,Repeaters,GamingdevicesCableAssemblies•Cables2009-9-213高速信号完整性工程师培训课程HDMI–接口类型•TypeA:目前通用HDMI的接口•TypeB：DualChannel的接口•TypeC：MiniHDMI接口•TypeD:MicroHDMI接口（相对于TypeC更加紧凑)•TypeE：汽车电子专用HDMI接口2009-9-214高速信号完整性工程师培训课程HDMI1.3的原理框图2009-9-215高速信号完整性工程师培训课程HDMI1.4的原理框图HEAC通道是1.4规范新增的功能2009-9-216高速信号完整性工程师培训课程HDMISource和Sink的上电协商过程•Source设备上电后会检测HPD是否被上拉到2V以上•Source设备通过DDC(Displaydatachannel)读取EDID的信息以确定Sink能支持的分辩率。•Source设备检测TMDS信号是否被上拉到3.3V,有部分设备会检测所有的TMDS信号被上拉才输出TMDS信号，部分设备必须要检测到Clock上拉才输出信号，部分设备只要检测到某对TMDS被上拉即输出该上拉的TMDS.•Source设备输出目前设置的分辩率的信号到Sink端。2009-9-217高速信号完整性工程师培训课程TMDS信号特性HDMI使用最小跳变差分信号(TMDS)技术，差分信号上拉电压为＋3.3V，端口阻抗为50欧姆，单端信号为400-600mV,标称为500mV,差分信号的逻辑摆幅在800-1200mV之间，实际差分电压摆幅可以在150mV-1200mV之间变化，而且偏置电压是由Sink端提供的.3.3V2.8V+500mV-500mVSink提供3.3V的终结电压2009-9-218高速信号完整性工程师培训课程TMDSData与Clock的关系•在每个TMDS时钟周期上发送10个数据位•TMDS数据速率可以提高到340Mpps–数据速率理论上可以高达1.65Gbps(1.2)，在实际应用中的最高速率是1920*1080P/50Hz/24bit下是1.485Gbps–数据速率可以高达3.4Gbps(1.3),在实际应用中的最高速率是1920*1080P/50Hz/48bit下是2.97Gbps–在HDMI1.4规范中实际应用的数据速率同样是2.97Gbps4096*2160/24Hz/24bit•上升时间从75ps到1200ps(与分辨率相关)2009-9-219高速信号完整性工程师培训课程像素时钟Pixelclock与TMDSclock的关系•24bitmode:TMDSclock=1.0XPixelclock(1:1)•30bitmode:TMDSclock=1.25XPixelclock(5:4)•36bitmode:TMDSclock=1.5XPixelclock(3:2)•48bitmode:TMDSclock=2.0XPixelclock(2:1)2009-9-2110高速信号完整性工程师培训课程数据速率的估算Pixels/Second=H-Pixels*V-Pixels*Rate*(1+%Overhead/100)H-PixelsÎHorizontalPixels(1920)V-PixelsÎVerticalPixels(1080P)RateÎScreenRe-flashRate(60Hz)OverheadÎBlanking(0.2or20%)当colordepth=24bit时,Clockrate=pixelclockrate当colordepth24bit时,Clockrate=pixelclockrate*(colordepth/24)ColordepthÎ24,30,36,48(24,30,36,48)/24大致估算：1920X1080P8bit:1920*1080*60*1.2*(24/24)=145MHzdatarate:1.49Gbps1920X1080P48bit:1920*1080*60*1.2*(48/24)=297MHzdatarate:2.98Gbps准确计算：1920X1080P48bit:2220*1125*60*(48/24)=297Mhzdatarate:2.97Gbps2.97Gbps是目前1.4规范中支持的最高数据速率2009-9-2111高速信号完整性工程师培训课程HDMI的编码/解码方法4bitto10bit2bitto10bit8bitto10bit2009-9-2112高速信号完整性工程师培训课程HDMI1.4的新功能-HEAC•HEAC:EthernetandAudioReturnChannel•高速以太网通讯–提供双向的点对点通讯–建立高性能的家庭网络–比目前的CEC提供1000被以上的传输速率–使用被广泛应用的以太网技术•数字音频流的传输–提供SPDIF(Sony/PhilipDigitalInterface)格式的数字通道–由AV控制中心提供多功能的音频处理–实现32k/44.1k/48k高采样率的音频质量–音频反向传输(SinktoSource)•对目前HDMI1.3的兼容性–全兼容目前的HDMI1.3的设备–自动检测是否设备有eHDMI增强功能–利用HotPlugDetect&ReservepinsHEACSourceHEACCableEthernetup-linkAudioup-linkEthernetdown-linkHEACSink2009-9-2113高速信号完整性工程师培训课程HEAC定义的信号•低幅度的以太网信号–只有200mVp-p相对于1Vp-p的普通以太网信号–差分200mVp-p–除了幅度以外，完全遵循以太网标准–125Mbps的数据传输率•双向的以太网传输–支持发送和接收数据流–在收发器中内嵌混合堆叠电路•共模的音频传输数据流–数字音频流以共模信号的方式传输–400mVp-p的幅度–支持32k/44.1k/48k采样率的SPDIF格式的(upto6.144Mbpsbitrate)–单向传输(SinkdeviceÆSourcedevice)•HighDCOffset–对地有4V的共模偏置2009-9-2114高速信号完整性工程师培训课程HEAC-HDMIEthernetandAudioReturnChannel2009-9-2115高速信号完整性工程师培训课程高速串行信号的一致性测试的要求•Harmonic1st3rd5thHDMI1.3/1.4实际最高DataRate=2.97Gbps,HDMI1.2实际最高DataRate=1.485Gbps•对于HDMI2.97Gbps,由于其是非归零码，基频为2.97/2=1.485GHz,5次谐波为1.485*5=7.425GHz规范推荐使用8Ghz示波器进行测试。•对于HDMI1.485Gbps,5次谐波为3.7GHz•规范推荐使用4Ghz示波器进行测试。•对于其他的分辨率，可以根据数据速率的预估•选择适当的示波器进行测试。FrequencydB2009-9-2116高速信号完整性工程师培训课程HDMI源端一致性测试•Source端测试–眼图(7-10)–时钟抖动(7-9)–时钟占空比(7-8)–信号对间时间偏移*(7-6)–上升时间/下降时间(7-4)–过冲/下冲*(7-5)–信号对内时间偏移(7-7)–低电平输出电压(7-2)4其它0协议0EDID0电容0热插拔检测0Ioff差分单端2009-9-2117高速信号完整性工程师培训课程源端测试•27MHz(or25MHz),74.25MHz,148.5MHz,and222.75MHz,如果上述仍然不能涵盖最高分辨率的话，另加Source支持的最高分辨率.•软件时钟恢复的算法形成眼图f要求软件PLL的算法进行时钟恢复，对数据信号进行切割形成眼图f要求至少捕获16M采样点对信号进行分析2009-9-2118高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-10）：眼图2009-9-2119高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-9）：时钟抖动•测试TMDS的Clock信号相对于从数据中恢复的理想时钟的抖动。•先从数据信号中进行时钟恢复–软件PLL算法获得理想时钟•以10GS/s速率采集的16M时钟(最小)–要求选项2XL•要求时钟抖动值《0.25Tbit2009-9-2120高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-8）：时钟占空比1:40%ClockDutyCycle60%2:为了保证测试的客观性和可重复性，要求捕获多次触发的波形(要求10,000个波形)来获得测试结果.2009-9-2121高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-4）:上升/下降时间1:75ps≦Rise/FallTime2:为了保证测试的客观性和可重复性，要求捕获多次触发的波形(要求10,000个波形)来获得测试结果.2009-9-2122高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-6）：信号对间时间偏移•找到CTL控制码型–CTLencodingpattern1101010100.•同时捕获数据(0)和数据(1)的信号•识别每条数据通道上的码型•平均CTL码型每个上升沿和下降沿之间的时间偏移•比较时间偏移值和极限值•Tskew0.2*Tpixel•所有Data-Data之间都要测量2009-9-2123高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-6）：信号对间时间偏移11010101002009-9-2124高速信号完整性工程师培训课程测试连接-差分测试2009-9-2125高速信号完整性工程师培训课程Source单端测试（7-2）：低电平输出电压1.捕获10000次以上波形，测量Data+和Data-的低电平输出电压2.要求LowAmplitude+和LowAmplitude-符合下列规范，当支持的时钟频率小于165Mhz时，2.7LowAmplitude2.9;当支持的时钟频率大于165Mhz时，2.6LowAmplitude2.92009-9-2126高速信号完整性工程师培训课程Source单端测试（7-7）：信号对内时间偏移Skew0.15*Tbit;2009-9-2127高速信号完整性工程师培训课程DPO技术，超高的波形捕获率DPODSODPO技术可以实现25万次/秒的波形捕获率，当对波形的捕获次数有要求的测试项目如Rise/Falltime,intra-pairskew,VL等项目进行测试时，示波器会自动打开DPO功能，缩短测试时间，同时保证测试的客观性和可重复性。2009-9-2128高速信号完整性工程师培训课程Source单端测试测试连接图P7313SMA可以支持单端和差分测试2009-9-2129高速信号完整性工程师培训课程HDMI1.3TestFixtureTPA-PTPA-REDIDboardHDMI接收器(Sink)一致性测试2009-9-2131高速信号完整性工程师培训课程接收器(sink)测试4接收器Sink0抖动容限(8-7)jittertolerance0接收灵敏度(8-5)Min/Maxdifferentialswingtolerance0信号对内时间偏移容限(8-6)Intra-Pairskewtolerance0阻抗impedance(8-8)4其它0视频和音频协议0EDID,HPD0电容0端接电压2009-9-2132高速信号完整性工程师培训课程接收端（Sink）抖动容限测试•接收端（Sink）抖动容限测试–标准