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高清多媒体接口高清多媒体接口高清多媒体接口高清多媒体接口HDMIHDMIHDMIHDMI原理及测试方法原理及测试方法原理及测试方法原理及测试方法2010-5-292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•Cables2010-5-293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：DualChannelDualChannelDualChannelDualChannel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2010-5-294高速信号完整性工程师培训课程HDMI1.3的原理框图2010-5-295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2010-5-296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。2010-5-297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2010-5-298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)2010-5-299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)2010-5-2910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-PixelsHorizontalPixels(1920)V-PixelsVerticalPixels(1080P)RateScreenRe-flashRate(60Hz)OverheadBlanking(0.2or20%)当colordepth=24bit时,Clockrate=pixelclockrate当colordepth24bit时,Clockrate=pixelclockrate*(colordepth/24)Colordepth24,30,36,48(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2010-5-2911高速信号完整性工程师培训课程HDMI的编码/解码方法4bitto10bit2bitto10bit8bitto10bit2010-5-2912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-linkHEACSink2010-5-2913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(SinkdeviceSourcedevice)•HighDCOffset–对地有4V的共模偏置2010-5-2914高速信号完整性工程师培训课程HEAC-HDMIEthernetandAudioReturnChannel2010-5-2915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。FrequencydB2010-5-2916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其它其它其它其它0协议协议协议协议0EDID0电容电容电容电容0热插拔检测热插拔检测热插拔检测热插拔检测0Ioff差分差分差分差分单端单端单端单端2010-5-2917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要求至少捕获16M采样点对信号进行分析2010-5-2918高速信号完整性工程师培训课程Source差分测试（7-10）：眼图2010-5-2919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《0.25Tbit2010-5-2920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.2010-5-2921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.2010-5-2922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2010-5-2923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11010101002010-5-2924高速信号完整性工程师培训课程测试连接-差分测试2010-5-2925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，2.6LowAmplitude2.92010-5-2926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;2010-5-2927高速信号完整性工程师培训课程DPO技术技术技术技术，，，，超高的波形捕获率超高的波形捕获率超高的波形捕获率超高的波形捕获率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。2010-5-2928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2010-5-2929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2010-5-2931高速信号完整性工程师培训课程接收器(sink)测试4接收器接收器接收器接收器SinkSinkSinkSink0抖动容限抖动容限抖动容限抖动容限(8(8(8(8-