中心議題：

• HDMI V1.3物理層一致性測試中麵臨的挑戰
• HDMI一致性測試技術

被稱作DTV革命催化劑的高清多媒體接口(HDMI)技術即將迎來大規模應用的曙光。在HDMI標準下
，內容提供商
、係統運營商和消費電子產品(CE)製造商正在展開一場拉力賽。這就使行業關注的重點轉向如何證明產品測試與HDMI標(biao)準(zhun)所(suo)定(ding)義(yi)的(de)測(ce)試(shi)一(yi)致(zhi)。設(she)計(ji)和(he)驗(yan)證(zheng)工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)依(yi)靠(kao)工(gong)具(ju)來(lai)快(kuai)速(su)可(ke)靠(kao)地(di)完(wan)成(cheng)標(biao)準(zhun)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)大(da)量(liang)測(ce)試(shi)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)了(le)用(yong)以(yi)確(que)保(bao)產(chan)品(pin)通(tong)過(guo)驗(yan)證(zheng)的(de)HDMI關鍵測試、複雜HDMI信號測試中存在的挑戰，示波器自帶測試軟件如何能在保證結果可靠的前提下實現效率的飛躍
，以及這些軟件如何大幅提高測試的自動化程度。

HDMI V1.3物理層一致性測試中麵臨的挑戰

要保證被測設備與HDMI CTS 1.3b規範的規定一致

，並最終保證HDMI 1.3規範的產品開發成功
，必須要有適合高速串行數據的高品質測試與測量儀器和方案。圖1給出了HDMI傳輸係統的主要構成元素—源端
、電纜和接收器。當然
，測試越詳盡越好，但對滿足一致性而言，核心的電測試才是最關鍵的。圖1總結了核心測試的一些條目。

圖1：HDMI最小化傳輸差分信號(TMDS)的邏輯連接以及CTS規範所要求的核心測試。

根據HDMI CTS 1.3b規範
，一套完整的一致性測試方案中需要實時示波器、采樣示波器
、信號發生器、差分探頭和測試夾具。但關鍵問題是如何選擇合適的測試平台來簡化設計，並保證新的HDMI設計與新的一致性測試要求相符。為此

，工程師們需要利用這些儀器組合出一套完整、靈(ling)活(huo)的(de)高(gao)性(xing)價(jia)比(bi)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)。隻(zhi)有(you)組(zu)合(he)起(qi)一(yi)套(tao)功(gong)能(neng)強(qiang)大(da)的(de)集(ji)成(cheng)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)後(hou)，才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)眼(yan)圖(tu)繪(hui)製(zhi)和(he)抖(dou)動(dong)驗(yan)證(zheng)，因(yin)為(wei)這(zhe)兩(liang)項(xiang)功(gong)能(neng)要(yao)求(qiu)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)積(ji)累(lei)大(da)量(liang)波(bo)形(xing)。而(er)且(qie)，為(wei)了(le)利(li)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)自(zi)帶(dai)的(de)“一鍵運行(one-button)”一致性測試軟件自動完成複雜的電纜和接收器測試，信號發生器必須工作在一個閉環環路中。

HDMI一致性測試技術

1．實時示波器
一套完整的HDMI CTS 1.3b測試方案中應包含針對消費電子產品、半導體和電纜製造商的設計與測試工程師使用的高性能硬件與全麵的軟件。在關鍵儀器方麵，測試HDMI 1.3信號需要帶寬至少為8GHz，並且可運行一致性測試軟件的實時示波器。
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圖2是一次利用HDMI一致性測試軟件進行HDMI V1.3源端測試得到的結果。同時，為保證全麵體現信號特點，CTS 1.3b還規定了捕捉信號所需的最小示波器記錄長度。根據該規定
，示波器至少應能累積40萬個單位時間間隔(或Tbit)來繪製眼圖。在16 M/20 M的記錄長度下，示波器至少能捕捉40萬單位時間間隔的低分辨率信號

，或260萬單位時間間隔的高分辨率信號。考慮到高達3.4Gbps的數據率，高采樣率(高於10GS/s)下示波器的最小記錄長度就應大於16M。

圖2：HDMI源端一致性測試結果。

renhechuanshuxitongzuiguanxindewentidoushishizhongdoudong，doudongceshidemudejiushijianzhabingquebaoshizhongxinhaozhongmeiyouguoduodedoudong。liru

，zhankongbidoudongceliangjiushipinggushizhongquedingxingdoudongdeyizhonghenhaodefangfa。CTS規定，在50%的標稱占空比附近可以有+10%的變化裕量。但應注意，此處所說的占空比變化是指在大量捕獲信號的基礎上進行測量得到的結果。因為CTS規定
，測量占空比變化至少需要一萬個觸發波形。這樣一來，示波器的觸發再準備速率(Trigger re-arm rate)就變成最重要的一個因素。一般情況下
，觸發再準備速率約為每秒100個波形(wfms/s)。

這可能就意味著信號捕獲和測試時間將長到讓人難以接受的程度。幸運的是，還有一些精密技術，例如數字熒光示波器(DPO)上的FastAcq技術能夠提高觸發再準備速率，使其達到30萬wfms/s的水平。圖3所示就是用FastAcq技術進行時鍾占空比測試的情況。圖中示波器所表現的信息非常豐富，正是這一點保證了測量的說服力。

圖3：利用DPO進行時鍾抖動測試。

2．信號發生器
數字高清接收設備最重要的一個特性就是它對信號抖動具備一定程度的耐受力。標準中將這種耐受能力規定為0.3*Tbit。測試時，需將一定量的抖動逐次加入發送的TMDS信號中，直到接收設備無法恢複信號。然後再將接收設備所能承受的總抖動與標準規定的限度進行比較，檢查設備與標準的一致性。

抖動裕度測量是指向信號中加入一定量的抖動後進行幾次測量。以下是對(a) 、(b)兩個案例進行三次測量的例子：
(a)在500KHz下的數據抖動，在10 MHz下的時鍾抖動率
；
(b)在1 MHz下的數據抖動，7 MHz下的時鍾抖動頻率

要選擇合適的HDMI CTS測試設備
，必須了解需要解決的問題有那些。例如，TMDSxinhaodechanshengzaijieshouqiceshizhongbanyanzheshifenzhongyaodejiaose，erxinhaofashengqizhongdeyigeguanjianwentijiushizenyangtigongyixiliegaojingduxinhao
，bingjingquekongzhizhexiexinhaodecanshu。
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最小差分靈敏度測試要求20mV的分辨率；對內偏移(intra-pair skew)測試要求延遲設置精確到亞皮秒級分辨率。

抖動容限測試比抖動裕度測試更加困難，因為在測試中既要改變時鍾抖動也要改變數據抖動。而產生10 MHz級的抖動頻率就需要同時使用幾種信號發生器組合。由於HDMI規(gui)範(fan)對(dui)抖(dou)動(dong)裕(yu)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)嚴(yan)格(ge)，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)抖(dou)動(dong)幅(fu)度(du)。因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)調(tiao)整(zheng)的(de)參(can)數(shu)很(hen)多(duo)，抖(dou)動(dong)裕(yu)度(du)又(you)很(hen)緊(jin)張(zhang)
，因(yin)此(ci)抖(dou)動(dong)容(rong)限(xian)測(ce)試(shi)就(jiu)變(bian)得(de)極(ji)端(duan)複(fu)雜(za)，可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)很(hen)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)完(wan)成(cheng)。圖(tu)4就一個自動化接收器測試係統的例子。

圖4：基於閉環機製的集成接收測試係統。

該例中，數字熒光示波器通過一條GPIB電纜與TMDS信號發生器DTG5334相連
，需要時還可通過一條GPIBUSB-B電纜將其與抖動插入信號發生器AWG/AFG相連。HDMI設計與測試工程師可以在一套閉環裝置中控製這些信號發生器
，利用示波器上自帶的“一鍵運行”一致性測試軟件自動實現複雜的電纜和接收器測試。該例中采用的閉環裝置大大縮短了測試時間，也消除了測試裝置的非線性。

3．差分探測係統
此外，擁有靈活、通(tong)用(yong)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)探(tan)測(ce)係(xi)統(tong)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。如(ru)今(jin)的(de)許(xu)多(duo)高(gao)速(su)串(chuan)行(xing)數(shu)據(ju)標(biao)準(zhun)都(dou)在(zai)多(duo)條(tiao)信(xin)號(hao)通(tong)路(lu)上(shang)采(cai)用(yong)了(le)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)，這(zhe)對(dui)單(dan)個(ge)示(shi)波(bo)器(qi)能(neng)否(fou)同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)兩(liang)路(lu)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)提(ti)出(chu)了(le)挑(tiao)戰(zhan)。為(wei)此(ci)，工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)能(neng)利(li)用(yong)4個差分SMA探頭同時捕獲多達4路高速差分信號的示波器(參考圖4)。該示波器的另一個好處是其探頭的SMA輸入上連接了一個高品質的50? 終端，因而其回波損耗可達到業界領先水平。這在頻率日益增高的HDMI一致性測試中是非常重要的。

差分SMA探tan頭tou為wei終zhong端duan網wang絡luo提ti供gong了le一yi個ge共gong模mo直zhi流liu電dian壓ya輸shu入ru。終zhong端duan電dian壓ya可ke以yi由you用yong戶hu從cong外wai部bu提ti供gong，也ye可ke由you示shi波bo器qi從cong內nei部bu提ti供gong。此ci外wai，該gai探tan頭tou還hai具ju備bei一yi種zhong自zi動dong模mo式shi，能neng感gan測ce輸shu入ru信xin號hao的de共gong模mo電dian壓ya並bing自zi動dong設she置zhi終zhong端duan電dian壓ya使shi其qi與yu輸shu入ru共gong模mo電dian壓ya匹pi配pei。

P7313SMA拓寬的終端電壓範圍使其成為測試HDMI和DVI等高共模電壓類差分標準的理想選擇。除了終端電壓範圍拓寬之外，P7313SMA的動態範圍也得到了展寬。這就允許探頭在2.5x的衰減設置(屬於低噪設置)下測量更大的信號。

4．采樣示波器
為實現高速數據傳輸而采用的差分傳輸線對阻抗匹配非常敏感。因此

，在HDMI一致性測試中

，阻抗特性測試十分重要。直接連接阻抗允許在規範規定的100 ?上下有15%的波動。終端阻抗的可變範圍要求就比較嚴格
，隻能在特性阻抗100 ?上下10%範圍內變化。同時
，工程師還需要檢查對內偏移(Intra-pair)、對間偏移(Inter-pair)和串擾等電纜的關鍵特性是否達到要求。

時域反射計(Time Domain Reflectometry, TDR)是一種可精確測量互連係統阻抗與長度特性的功能強大的工具。雖然TDR的基本概念相對比較簡單，但要想得到精確的測量結果
，必須考慮幾個問題，其中最重要的就是如何實現真正的差分TDR。泰克DSA8200采樣示波器自帶的iConnect軟件提供了一種性價比較高的創新式TDR測試功能
，它同時還具備一些新的測試功能，可作為替代VNA的一種高效低價的測試方案。

本文小結

高清多媒體接口(HDMI)技術正處於迅猛增長階段。如何保證此類產品與HDMI 1.3規範的一致性並最終保證產品的成功開發，這是HDMI設計與測試工程師麵臨的一項十分艱巨的任務。在測試HDMI 1.3信號時，工程師需要帶寬至少為8GHz的實時示波器。泰克開發了可在示波器上運行的Tektronix HT3 3.3.1等HDMI一致性測試軟件
，它們還可以控製接收器和電纜測試中的DTG、AWG或AFG。自帶iConnect軟件的DSA8200采樣示波器則提供了完整的TDR、FEXT和偏移(Skew)測量功能，可完成HDMI的全部物理層測試。