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作者：泰克科技 隨著(zhù)智能汽車(chē)技術(shù)的飛速發(fā)展，車(chē)載娛樂(lè )系統對高清視頻和音頻傳輸的需求不斷增加。HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清多媒體接口）作為一種能夠同時(shí)傳輸視頻和音頻數據的接口技術(shù)，憑借其連接簡(jiǎn)單、兼容性好等特點(diǎn)，被廣泛應用于汽車(chē)座艙娛樂(lè )系統中。本文將介紹HDMI技術(shù)的核心特性、應用場(chǎng)景以及泰克公司提供的測試解決方案。 HDMI技術(shù)在車(chē)載娛樂(lè )系統中的應用場(chǎng)景 
圖1. HDMI接口示意圖 HDMI接口可以劃分為四種類(lèi)型：Source（源設備）、Sink（接收設備）、Cable（線(xiàn)纜）和Repeater（中繼器）。為了保證這些設備之間的良好兼容性，規范對電氣信號提出了信號完整性的要求。HDMI接口使用TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號）編碼技術(shù)，包含4對TMDS差分信號，其中TMDS.Clock.channel作為獨立的時(shí)鐘信號，用于同步和信號采集；TMDS.channel.0/1/2作為數據通道，用來(lái)傳輸視頻和音頻數據。例如，HDMI 2.0定義了每個(gè)通道最高6Gbps的速率，接口的總帶寬最高可達18Gbps，能夠滿(mǎn)足4Kp60Hz所需的17.82Gbps帶寬。
圖2. HDMI 2.1 FRL模式示意圖 隨著(zhù)人們對視覺(jué)體驗要求的不斷提高，4Kp60Hz的顯示分辨率已無(wú)法滿(mǎn)足需求，8Kp60Hz和4Kp120Hz的體驗成為新的追求目標。然而，8Kp60Hz所需的帶寬約為64G（RGB/YCbCr 4:4:4格式），遠遠超出了HDMI 2.0的支持范圍。為此，HDMI協(xié)會(huì )引入了HDMI 2.1 FRL（Fixed Rate Link，固定速率鏈路）模式，通過(guò)提升通道數據速率和增加通道數量，實(shí)現了接口帶寬的增加，滿(mǎn)足了8Kp60Hz的需求。在保持HDMI物理接口不變的情況下，每個(gè)通道支持的速率增加到了12Gbps，同時(shí)，原來(lái)的TMDS.Clock.channel被重定義為FRL.Lane3，共計有4個(gè)數據通道，從而實(shí)現了最高48Gbps的帶寬。信號的編碼方式也從TMDS的8b/10b改變?yōu)镕RL的16b/18b格式，提高了編碼效率。 HDMI 2.1源端測試挑戰與泰克解決方案 HDMI 2.1的測試項目眾多，以測試Lane0為例，測試信號是固定的碼型，規范定義了8種碼型Link training pattern 1～8，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(cháng)TP1～8，與HDMI 1.4b/2.0不同，對碼型有明確要求。測試信號速率固定，不隨分辨率變化。此外，還需要考慮其他lane的干擾，例如在HFR1-1項目中，測試Lane0時(shí)，需要Lane0發(fā)出LTP5碼型，Lane1/2/3分別發(fā)出LTP6/7/8的碼型，測試方法更為復雜。
圖3. HDMI 2.1 FRL測試內容 端接電壓的實(shí)現 泰克示波器及探棒能夠提供標準的3.3V端接電壓，滿(mǎn)足協(xié)會(huì )要求的一致性測試。在用戶(hù)自定義模式下，還可以提供可調的端接電壓，例如設置3.0V的端接電壓，用于驗證源端芯片在端接電壓變化時(shí)的情況。
圖4. 泰克有源探頭端接電壓調節 單端和差分信號的自動(dòng)采集 在HDMI 1.4b/2.0測試中，采集單端信號和差分信號需要手動(dòng)更改探棒硬件連接，過(guò)程繁瑣且無(wú)法自動(dòng)化，導致測試效率低下。泰克的Tri-mode探棒（三模探棒）在測試軟件控制下，能夠交替工作在單端模式（A-GND和B-GND），無(wú)需硬件連接的改變，即可實(shí)現8個(gè)單端信號的采集，并自動(dòng)計算差分信號，從而實(shí)現了全部項目的自動(dòng)化。此外，泰克還提供兩臺示波器級聯(lián)自動(dòng)化方案，通過(guò)8個(gè)channel實(shí)現對8個(gè)單端信號的同時(shí)采集，進(jìn)一步提高了測試效率。
圖5. 泰克三模探棒示意圖 解決測試復雜化的問(wèn)題
圖6. 復雜的信道、均衡及串擾 隨著(zhù)速率的提升，HDMI規范定義了新的均衡技術(shù)和cable模型，增加了測試過(guò)程的復雜性。規范定義了兩種Cable mode：Category 3 Worst Cable Mode（WCM3）和Category 3 Short Cable Mode（SCM3），以及兩種均衡：CTLE 1～8dB和DFE 1-tap d1 value 25mV。泰克方案針對這些情況，優(yōu)化了算法，大大縮短了測試時(shí)間。 測試速率和碼型自動(dòng)切換 以往測試需要手動(dòng)更改分辨率來(lái)實(shí)現測試信號速率的變更�，F在，泰克通過(guò)測試軟件與EDID/SCDC模擬器的配合，在SCDC（Status and Control Data Channel）offset 0x31中設置FRL Rate來(lái)確定測試信號速率，在offset 0x41/42中為每個(gè)Lane設置碼型，實(shí)現了測試需要的速率和碼型的自動(dòng)切換，使測試過(guò)程完全自動(dòng)化，提高了測試效率。
圖7. EDID/SCDC示意圖 泰克HDMI 2.1 FRL自動(dòng)化測試方案 泰克提供了兩種HDMI 2.1 FRL自動(dòng)化測試方案： 配置一：DPO70000SX示波器級聯(lián)方案 兩臺DPO70000SX示波器通過(guò)UltraSync cable同步級聯(lián)，可以將8個(gè)通道的skew調整到1ps以?xún)�，確保所有單端信號采集的同步性。同時(shí)采集8個(gè)單端信號后，自動(dòng)計算生成4對差分信號。測試過(guò)程無(wú)需更改硬件連接，信號路徑衰減小，測試速度快，效率高。搭配EDID emulator，可以實(shí)現速率和碼型的自動(dòng)切換。 配置二：DPO70000SX示波器搭配Tri-mode探棒 利用Tri-mode探棒的特性，在測試軟件控制下，交替工作在單端模式（A-GND和B-GND），分次完成對8個(gè)單端信號的采集。測試過(guò)程同樣無(wú)需更改硬件連接。示波器會(huì )對探棒進(jìn)行自動(dòng)去嵌，消除探棒對信號的影響。兼顧了成本和效率，同樣通過(guò)EDID emulator實(shí)現自動(dòng)化的測試。 示波器帶寬的考量 HDMI 2.1規范中推薦示波器帶寬為23GHz或以上。從上升時(shí)間和帶寬的角度來(lái)看，HDMI 2.1信號允許的最快上升時(shí)間是22.5ps（20%-80%）。示波器測量到的上升時(shí)間可以用以下公式計算：
從下表可以看到，帶寬越高，上升時(shí)間的測量誤差就越小。
圖8. 示波器上升時(shí)間的考量 從帶寬角度看，示波器的帶寬定義為觀(guān)察到的正弦波幅度衰減-3dB的頻率。在實(shí)際測試過(guò)程中，非正弦波信號需要考慮3次～5次諧波。HDMI 2.1信號速率最高12Gbps，基頻是6GHz，3次諧波頻率是18GHz，16GHz帶寬的示波器測量到3次諧波成分會(huì )被衰減超過(guò)-3dB。 如果被測HDMI 2.1 DUT的FRL最高速率沒(méi)有達到上限12Gbps，可以根據實(shí)際速率評估示波器的帶寬需求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，為了保證更好的測量精度以及測試的合規性，示波器的帶寬越高越好。 總結 泰克示波器憑借通道可調端接電壓、Tri-mode探棒的單端特性/示波器級聯(lián)特性，以及與EDID/SCDC模擬器的配合，實(shí)現了HDMI 2.1 FRL源端測試的真正自動(dòng)化，大幅提高了測試效率。專(zhuān)門(mén)針對FRL信號的優(yōu)化算法加快了測試速度，幫助客戶(hù)快速驗證HDMI 2.1產(chǎn)品，加速產(chǎn)品市場(chǎng)化進(jìn)程。隨著(zhù)HDMI技術(shù)在車(chē)載娛樂(lè )系統中的廣泛應用，泰克的測試解決方案將繼續為工程師提供強大的支持，助力車(chē)載娛樂(lè )系統的發(fā)展和創(chuàng )新。 |
