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      2. 玩轉HDMI2.1 源端測試之【規范解讀篇】

        2019-09-03 00:36:33 來源:泰克
        由于HDMI (High Definition Media Interface/高清多媒體接口)可以同時傳輸視頻和音頻數據、連接簡單、兼容性好等特點,被廣泛的應用在消費電子產品上(例如電視、機頂盒、投影儀等)。HDMI系統可以劃分4個種類,Source、Sink、Cable 和Repeater,為了保證這些設備良好的兼容性,規范對電氣信號做出了信號完整性的要求。


        目前市面上HDMI主流標準是1.4b和2.0,對應支持的最大分辨率/刷新率分別是4K@30Hz和4K@60Hz。隨著對更高分辨率和刷新率需求的增加,HDMI協會于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具體的變化:1)HDMI接口的獨立時鐘信號改為嵌入在數據中,在接收端使用時鐘恢復單元恢復出時鐘; 2)用于傳遞音視頻數據的通道最多為4個,每個通道最高支持12Gpbs的速率;3)編碼方式從8b/10b 變為16b/18b,編碼效率更高。接口物理形式沒有變化, 原來的TMDS Clock channel重定義為FRL  lane3; TMDS Data 0/1/2 分別對應FRL lane 0/1/2,如下圖所示。


        FRL模式,只有3 lanes 和4 lanes 工作模式, 3 lanes 工作模式下, 僅僅支持3 Gbps和6Gbps 兩種速率;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6/8/10/12 Gbps 四種速率。


        HDMI2.1 Source和Sink的Link Training Procedure

        Source首先要讀取Sink的 EDID(EDID是I2C 地址為0xA0/0xA1,長度為256字節的存儲空間,包含 Sink所支持的分辨率和最高速率等信息),輸出sink所支持的分辨率/速率。Source不能輸出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 對應字節把 SCDC_Present 設置為1, Max_FRL_Rate 設置范圍是1到6,數字0代表不支持FRL 模式,其他值為保留值。在SCDC中把Sink version 設置為1。


        Max_FRL_Rate 值具體含義如下,數字1 代表僅僅支持3 lanes 模式下的3Gbps 速率,其他速率和lane 配置不支持;數字3 代表支持3 lanes 模式下的3Gbps和6Gbps 速率;4 lanes 模式下僅僅支持6Gbps速率,其他速率不支持。其他數字的含義類推。
         
        SCDC 是I2C地址為 0xA8/A9的存儲空間, 用于Source和Sink溝通交換狀態和控制信息, 部分字節Source和Sink都可以讀寫。 與EDID不同, EDID對source是只讀的。HDMI2.1 Source和Sink溝通過程中,會使用到Sink version,Update Flags,Sink Configuration,Status Flags等信息。

        支持FRL 模式的Source和Sink首次建立連接,需要進行 Link Training,更新FRL rate 也需要進行Link Training。

        首次Training會依次經歷4個 link training  state:


        Source TX 測試都是在LTS:3 狀態下完成, 測試設備把SCDC FLT_no_timeout設置為1, 這樣source超過LT Tflt =200ms時,才不會退出FRL LT 狀態。 測試項目需要pattern 和FFE level 也是在這個狀態下請求和發出的。

        當Link 更新 FRL rate 時, 會使用到狀態LTS:4 Update FRL_Rate;當Link training 失敗或者超時, 會進入狀態LTS:L Legacy TMDS。Source 和Sink工作在TMDS 模式,也就是HDMI1.4b/2.0 模式。Link training 狀態轉換也可以參考下圖。




        HDMI2.1 FRL測試項目要求及方案配置


         

        由于FRL 模式最高支持12Gbps速率, 要求示波器帶寬不低于23G。有兩種配置方式適用不同客戶需求;另外需要HDMI2.1的治具,EDID/SCDC controller也需要支持HDMI2.1 以實現自動化的測試。

        配置一:使用SMA cable 方法

        兩臺DPO 70000 SX示波器,使用UltraSync cable同步,可以把所有通道的skew調整到1ps內,確保所有單端信號采集的同步性。治具到示波器的連接使用SMA cable,支持同時采集4個lane FRL信號, 測試過程不需要更改硬件連接, 信號路徑沒有衰減,測試速度快。

         

        配置二:使用Tri-mode探棒P76/77xx

        P76/77xx 探棒搭配SMA轉換頭可以實現與治具的連接。
        利用Tri-mode探棒的特性,示波器自動控制探棒工作在單端模式A-GND和B-GND,分多次完成對4 lane FRL信號的采集。 測試過程也不需要更改硬件連接。連接示意圖如下,示波器會對探棒進行自動去嵌,消除探棒對信號的影響。


         
        Tekexpress FRL 設置 

        FRL模式測試軟件為Tekexpress FRL,軟件界面如下。根據待測產品的技術規格,選擇支持的最低速率和最高速率。在Multi-lane setup中選擇需要測試lane。Test Selection界面選擇相應測試項目,測試項目不再區分單端和差分,因為測試方案可以自動實現所有單端信號的采集和差分信號的運算。無論采用哪種配置,通過泰克自動化測試方案,可以快速的完成對FRL信號的驗證。

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