玩转HDMI2.1源端测试之【规范解读篇】

 新闻资讯     |      2019-09-04 14:37
由于HDMI(High Definition Media Interface/高清多媒体接口)可以同时传输视频和音频数据、连接简单、兼容性好等特点,被广泛的应用在消费电子产品上(例如电视、机顶盒、投影仪等)。HDMI系统可以划分4个种类,Source、Sink、Cable和Repeater,为了保证这些设备良好的兼容性,规范对电气信号做出了信号完整性的要求。

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目前市面上HDMI主流标准是1.4b和2.0,对应支持的最大分辨率/刷新率分别是4K@30Hz和4K@60Hz。随着对更高分辨率和刷新率需求的增加,HDMI协会于2017年11月推出了HDMI2.1版本,增加了FRL(Fixed Rate Link)模式,支持8K@60Hz和4K@120Hz。

FRL模式

FRL具体的变化:1)HDMI接口的独立时钟信号改为嵌入在数据中,在接收端使用时钟恢复单元恢复出时钟; 2)用于传递音视频数据的通道最多为4个,每个通道最高支持12Gpbs的速率;3)编码方式从8b/10b变为16b/18b,编码效率更高。接口物理形式没有变化,原来的TMDS Clock channel重定义为FRL lane3;TMDS Data 0/1/2分别对应FRL lane 0/1/2,如下图所示。

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FRL模式,只有3 lanes和4 lanes工作模式,3 lanes工作模式下,仅仅支持3Gbps和6Gbps两种速率;未使用的Lane3,source和sink都需要使用差分50Ω~150Ω端接;4 lanes工作模式下,支持6/8/10/12Gbps四种速率。

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HDMI2.1 Source和Sink的Link Training Procedure

Source首先要读取Sink的EDID(EDID是I2C地址为0xA0/0xA1,长度为256字节的存储空间,包含Sink所支持的分辨率和最高速率等信息),输出sink所支持的分辨率/速率。Source不能输出Sink EDID未支持的分辨率/速率。支持HDMI2.1的Sink,一定要在EDID的HF-VSDB对应字节把SCDC_Present设置为1,Max_FRL_Rate设置范围是1到6,数字0代表不支持FRL模式,其他值为保留值。在SCDC中把Sink version设置为1。

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Max_FRL_Rate值具体含义如下,数字1代表仅仅支持3 lanes模式下的3Gbps速率,其他速率和lane配置不支持;数字3代表支持3 lanes模式下的3Gbps和6Gbps速率;4 lanes模式下仅仅支持6Gbps速率,其他速率不支持。其他数字的含义类推。

SCDC是I2C地址为0xA8/A9的存储空间,用于Source和Sink沟通交换状态和控制信息,部分字节Source和Sink都可以读写。与EDID不同,EDID对source是只读的。HDMI2.1 Source和Sink沟通过程中,会使用到Sink version,Update Flags,Sink Configuration,Status Flags等信息。

支持FRL模式的Source和Sink首次建立连接,需要进行Link Training,更新FRL rate也需要进行Link Training。

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首次Training会依次经历4个link training state:

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Source TX测试都是在LTS:3状态下完成,测试设备把SCDC FLT_no_timeout设置为1,这样source超过LT Tflt =200ms时,才不会退出FRL LT状态。测试项目需要pattern和FFE level也是在这个状态下请求和发出的。

当Link更新FRL rate时,会使用到状态LTS:4 Update FRL_Rate;当Link training失败或者超时,会进入状态LTS:L Legacy TMDS。Source和Sink工作在TMDS模式,也就是HDMI1.4b/2.0模式。Link training状态转换也可以参考下图。

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HDMI2.1 FRL测试项目要求及方案配置

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由于FRL模式最高支持12Gbps速率,要求示波器带宽不低于23G。有两种配置方式适用不同客户需求;另外需要HDMI2.1的治具,EDID/SCDC controller也需要支持HDMI2.1以实现自动化的测试。

配置一:使用SMA cable方法

两台DPO 70000 SX示波器,使用UltraSync cable同步,可以把所有通道的skew调整到1ps内,确保所有单端信号采集的同步性。治具到示波器的连接使用SMA cable,支持同时采集4个lane FRL信号,测试过程不需要更改硬件连接,信号路径没有衰减,测试速度快。

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配置二:使用Tri-mode探棒P76/77xx

P76/77xx 探棒搭配SMA转换头可以实现与治具的连接。

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利用Tri-mode探棒的特性,示波器自动控制探棒工作在单端模式A-GND和B-GND,分多次完成对4 lane FRL信号的采集。 测试过程也不需要更改硬件连接。连接示意图如下,示波器会对探棒进行自动去嵌,消除探棒对信号的影响。

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Tekexpress FRL设置

FRL模式测试软件为Tekexpress FRL,软件界面如下。根据待测产品的技术规格,选择支持的最低速率和最高速率。在Multi-lane setup中选择需要测试lane。Test Selection界面选择相应测试项目,测试项目不再区分单端和差分,因为测试方案可以自动实现所有单端信号的采集和差分信号的运算。无论采用哪种配置,通过泰克自动化测试方案,可以快速的完成对FRL信号的验证。

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