玩轉(zhuǎn)HDMI2.1 源端測(cè)試之【規(guī)范解讀篇】

由于HDMI （High Definition Media Interface/高清多媒體接口）可以同時(shí)傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)、連接簡(jiǎn)單、兼容性好等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在消費(fèi)電子產(chǎn)品上（例如電視、機(jī)頂盒、投影儀等）。HDMI系統(tǒng)可以劃分4個(gè)種類(lèi)，Source、Sink、Cable 和Repeater，為了保證這些設(shè)備良好的兼容性，規(guī)范對(duì)電氣信號(hào)做出了信號(hào)完整性的要求。

目前市面上HDMI主流標(biāo)準(zhǔn)是1.4b和2.0，對(duì)應(yīng)支持的最大分辨率/刷新率分別是4K@30Hz和4K@60Hz。隨著對(duì)更高分辨率和刷新率需求的增加，HDMI協(xié)會(huì)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(dú)立時(shí)鐘信號(hào)改為嵌入在數(shù)據(jù)中，在接收端使用時(shí)鐘恢復(fù)單元恢復(fù)出時(shí)鐘； 2）用于傳遞音視頻數(shù)據(jù)的通道最多為4個(gè)，每個(gè)通道最高支持12Gpbs的速率；3）編碼方式從8b/10b 變?yōu)?6b/18b，編碼效率更高。接口物理形式?jīng)]有變化， 原來(lái)的TMDS Clock channel重定義為FRL lane3； TMDS Data 0/1/2 分別對(duì)應(yīng)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。

Source和Sink的Link THDMI2.1?raining Procedure

Source首先要讀取Sink的 EDID（EDID是I2C 地址為0xA0/0xA1，長(zhǎng)度為256字節(jié)的存儲(chǔ)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(duì)應(yīng)字節(jié)把 SCDC_Present 設(shè)置為1， Max_FRL_Rate 設(shè)置范圍是1到6，數(shù)字0代表不支持FRL 模式，其他值為保留值。在SCDC中把Sink version 設(shè)置為1。

Max_FRL_Rate 值具體含義如下，數(shù)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(shù)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(shù)字的含義類(lèi)推。

SCDC 是I2C地址為 0xA8/A9的存儲(chǔ)空間， 用于Source和Sink溝通交換狀態(tài)和控制信息， 部分字節(jié)Source和Sink都可以讀寫(xiě)。 與EDID不同， EDID對(duì)source是只讀的。HDMI2.1 Source和Sink溝通過(guò)程中，會(huì)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(jìn)行 Link Training，更新FRL rate 也需要進(jìn)行LinkTraining。

首次Training會(huì)依次經(jīng)歷4個(gè) link training state：

Source TX 測(cè)試都是在LTS:3 狀態(tài)下完成， 測(cè)試設(shè)備把SCDC FLT_no_timeout設(shè)置為1， 這樣source超過(guò)LT Tflt =200ms時(shí)，才不會(huì)退出FRL LT 狀態(tài)。 測(cè)試項(xiàng)目需要pattern 和FFE level 也是在這個(gè)狀態(tài)下請(qǐng)求和發(fā)出的。

當(dāng)Link 更新 FRL rate 時(shí)， 會(huì)使用到狀態(tài)LTS:4 Update FRL_Rate；當(dāng)Link training 失敗或者超時(shí)， 會(huì)進(jìn)入狀態(tài)LTS:L Legacy TMDS。Source 和Sink工作在TMDS 模式，也就是HDMI1.4b/2.0 模式。Linktraining 狀態(tài)轉(zhuǎn)換也可以參考下圖。

HDMI2.1 FRL測(cè)試項(xiàng)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(hù)需求；另外需要HDMI2.1的治具，EDID/SCDC controller也需要支持HDMI2.1 以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的測(cè)試。

配置一：使用SMA cable 方法

兩臺(tái)DPO 70000 SX示波器，使用UltraSync cable同步，可以把所有通道的skew調(diào)整到1ps內(nèi)，確保所有單端信號(hào)采集的同步性。治具到示波器的連接使用SMA cable，支持同時(shí)采集4個(gè)lane FRL信號(hào)， 測(cè)試過(guò)程不需要更改硬件連接， 信號(hào)路徑?jīng)]有衰減，測(cè)試速度快。

配置二：使用Tri-mode探棒P76/77xx

P76/77xx 探棒搭配SMA轉(zhuǎn)換頭可以實(shí)現(xiàn)與治具的連接。

利用Tri-mode探棒的特性，示波器自動(dòng)控制探棒工作在單端模式A-GND和B-GND，分多次完成對(duì)4 lane FRL信號(hào)的采集。 測(cè)試過(guò)程也不需要更改硬件連接。連接示意圖如下，示波器會(huì)對(duì)探棒進(jìn)行自動(dòng)去嵌，消除探棒對(duì)信號(hào)的影響。

Tekexpress FRL 設(shè)置

FRL模式測(cè)試軟件為T(mén)ekexpress FRL，軟件界面如下。根據(jù)待測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)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(cè)試lane。Test Selection界面選擇相應(yīng)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試項(xiàng)目不再區(qū)分單端和差分，因?yàn)闇y(cè)試方案可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所有單端信號(hào)的采集和差分信號(hào)的運(yùn)算。無(wú)論采用哪種配置，通過(guò)泰克自動(dòng)化測(cè)試方案，可以快速的完成對(duì)FRL信號(hào)的驗(yàn)證。