【坐享“骑”成】系列之四：泰克方案化解智能座舱HDMI显示接口测试难点

[导读]泰克示波器利用通道可调端接电压，Tri-mode探棒的单端特性/示波器级联特性，以及与EDID/SCDC模拟器配合，实现了HDMI2.1 FRL源端测试的真正自动化，提高了测试效率。

HDMI可以同时传输视频和音频数据，且连接简单、兼容性好，被广泛应用在消费电子产品上，例如电视、机顶盒、投影仪以及汽车座舱娱乐系统等。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。

下图为HDMI接口的示意图，适用于规范HDMI1.4b和HDMI2.0。HDMI接口使用TMDS编码技术，接口共有4对TMDS差分信号，其中TMDS.Clock.channel作为独立的时钟信号，用于同步和信号采集；TMDS.channel.0/1/2作为数据通道，用来传输视频和音频数据。例如HDMI2.0定义了每个channel最高6Gbps的速率，接口的总带宽最高为3.channel.x. 6Gbps.=18Gbps，刚好满足4Kp60Hz需要的17.82Gbps的带宽。

图1：HDMI接口示意图

为了追求更好的视觉效果和体验，人们不满足于4Kp60Hz显示分辨率，也在追求8Kp60Hz和4Kp120Hz的体验。但是8Kp60Hz需要的带宽约64G（RGB/YCbCr.4:4:4格式），远远超过了HDMI2.0的支持范围。所以HDMI协会增加HDMI2.1.FRL（Fixed.Rate. Link）模式，实现接口带宽的增加，满足8Kp60Hz需要。同时需要结合相应的YCbCr.4:2:.0编码和视频压缩技术。常用方法有两种，方法一：提升通道数据速率；方法二：速率不变时，增量通道数量。而最新的HDMI2.1 FRL模式这两种方法都有使用。

在保持HDMI物理接口不变的情况，每个通道支持的速率增加到了12Gbps.；另外，原来的TMDS.Clock.channel重定义为FRL. Lane3（时钟嵌入在数据流中）；TMDS.Data.0/1/2分别对应FRL.lane. 0/1/2，如下图所示，共计有4个数据通道。这样就实现了最高48Gbps的带宽。信号的编码方式从TMDS的8b/10b改变为FRL.16b/18b格式，编码效率更高。

FRL.mode. 可以分为两种模式：

图2：HDMI 2.1 FRL模式示意图

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6/8/10/12.Gbps四种速率。

源端测试的难点解决

HDMI2.1总的测试项目有9个，如下表所示，以测试Lane0为例。

表1：HDMI 2.1 FRL测试内容

测试信号是固定的码型，测试共定义8种码型Link training pattern 1～8，简写为LTP1～8。不像HDMI1.4b/2.0，对码型没有要求。

测试信号速率是固定的，不需要随分辨率变化。

需要考虑其他lane的干扰，例如HFR1-1项目，测试Lane0时，需要Lane0发出LTP5码型，Lane1/2/3分别发出LTP6/7/8的码型，测试方法更复杂。

端接电压的实现

泰克示波器及探棒，不需要外接电源，本身不仅可以提供标准的3.3V端接电压，用于协会要求的一致性测试。在用户自定义模式下，还提供可调的端接电压，例如设置3.0V的端接电压，用于验证源端芯片在端接电压变化时的情况。

单端和差分信号的自动采集

对应单端项目和差分项目，测试时需要分别采集单端信号和差分信号；在HDMI1.4b/2.0测试中，都是通过差分探棒采集差分信号；手动更改探棒硬件连接后，采集单端信号。更改连接繁琐，无法自动化，造成了测试效率低。泰克Tri-mode. 探棒（三模探棒），在测试软件控制下，交替工作在单端模式（A-GND和B-GND），无需硬件连接的改变，可以实现8个单端信号的采集，再自动计算差分信号。从而实现了全部项目的自动化。除了三模探棒方案外，泰克还提供两台示波器级联自动化方案，通过8个channel实现对8个单端信号的同时采集，测试效率更高。

图3：泰克三模探棒示意图

解决测试复杂化的问题

随着速率的提升，HDMI规范定义新的均衡技术和cable. 模型，也造成了测试过程的复杂化。规范定义两种Cable mode：Category 3 Worst Cable Mode（WCM3）and Category 3 Short Cable Mode（SCM3）。两种均衡：CTLE 1～8dB和DFE 1-tap d1 value 25mV。

泰克方案针对以上情况，优化了算法，测试时间短。

图4：复杂的信道、均衡及串扰

测试速率和码型自动切换

以前测试需要手动更改分辨率，才能实现测试信号速率的变更。现在泰克通过测试软件与EDID/SCDC模拟器的配合，在SCDC（Status and Control Data Channel）offset.0x31中FRL Rate设置测试信号速率，在offset 0x41/42中为每个Lane设置码型。实现了测试需要的速率和码型的自动切换，实现了测试完全自动化，提高了测试效率。

图5：EDID/SCDC示意图

泰克HDMI2.1 FRL自动化方案

配置1：DPO70000SX示波器级联方案

两台DPO70000SX示波器，使用UltraSync cable同步级联，可以把8个通道的skew调整到1ps内，确保所有单端信号采集的同步性。同时采集8个单端信号后，再自动计算生成4对差分信号。测试过程不需要更改硬件连接，信号路径衰减小，测试速度快，效率高。搭配EDID emulator，实现速率和码型的自动切换。