HDMI起源
HDMI(High Definition Multimedia Interface) 由DVI(Digital Video Interface)發(fā)展而來，為7家消費(fèi)性電子產(chǎn)品制造商(Silicon Image、Hitachi、Panasonic、Philips、Sony、Thomson與Toshiba)共同組織于2002年發(fā)起，因此HDMI在設(shè)計(jì)時(shí)也是針對消費(fèi)電子產(chǎn)品的市場而來，如電視、個(gè)人電腦、游戲機(jī)等等。HDMI是近來非常普及的數(shù)字顯示界面，相較于DVI，HDMI接頭較小，且可以同時(shí)傳送影像與音頻，減少了線路的配置。
HDMI架構(gòu)
HDMI的架構(gòu)如圖(一)所示。
送出TMDS(Transition
Minimized Differential Signal)信號的為Source端，而接收TMDS信號的為Sink端，最主要的連結(jié)有三對的TMDS Data以及一對TMDS Clock的信號。當(dāng)Sink端接上Source端時(shí)，Source端檢測到HPD(Hot Plug Detect)之后，會(huì)透過DDC(Data Display
Channel)去讀取EDID(Extended Display Identification Data)
ROM里面的資料，資料主要含有Sink端的能力或資訊，如制造商的資訊，制造日期或是Sink端能支援的解析度等等，接著就會(huì)開始傳送TMDS信號。
CEC(Consumer Electronics Control)，可讓使用者經(jīng)由一個(gè)遙控器來控制多個(gè)用HDMI連接起來的裝置，概念示意圖如圖(二)所示：
CEC的基本流程為，使用者使用遙控器發(fā)送命令給Device 1，當(dāng)Device 1收到時(shí)，將有需要的命令發(fā)送給其他裝置如Device 2，而其他裝置則會(huì)給予必要的回應(yīng)。
HDMI版本
HDMI目前版本為1.4，最高Clock Pixel Rate為340MHz，每對TMDS的Data
Rate達(dá)3.4Gbps，下表為版本之間的一些差異：
(Reference from http://en.wikipedia.org/wiki/)
由表中可以看到在HDMI 1.1到1.3的版本更新，主要都是提升了影音方面的品質(zhì)，如支援DVD的音效，增加了xvYCC的色域，36及48bits的Deep Color，支援杜比音效等等，而HDMI1.4除了增加支援3D影像及4k×2k的解析度，另外增加了兩個(gè)新功能，Ethernet Channel及Audio Return Channel，合稱HEAC(HDMI Ethernet and Audio return Channel)。目前預(yù)計(jì)在2013下半年會(huì)推出HDMI 2.0，最高Clock Pixel Rate提升至600MHz，每對TMDS的Data Rate可到6Gbps，能提高4k×2k解析度的畫面更新率到60Hz。
HDMI Ethernet and Audio Return Channel
在HDMI 1.4 新增的HEAC 功能，在架構(gòu)上如圖(三)所示，經(jīng)由HPD 及Utility Pin 腳來傳輸 信號。
Ethernet 與Audio 的信號可同時(shí)傳送，由信號的Common Mode 與Differential Mode來區(qū)分，概念上如圖(四)及下列等式所示，Common Mode時(shí)為Audio信號，Differential Mode為Ethernet信號。
(Reference from HDMI Spec. 1.4)
Ethernet Channel 的功能主要是讓使用HDMI 連接的裝置可以共享網(wǎng)路，傳輸速率可達(dá)100Mbps。如圖(五)所示，使用HDMI線連接至電視的裝置，可經(jīng)由HEC分享網(wǎng)路的功能，讓裝置的線數(shù)減少。
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
ARC(Audio Return Channel)，音頻回傳通道，可以讓音頻經(jīng)由ARC傳至播放的裝置，諸如音響、AV擴(kuò)大器等等?，F(xiàn)在多數(shù)家庭都裝有無線電視或機(jī)頂盒，使消費(fèi)者在家里也可以收看高畫質(zhì)的電影。雖然目前的電視也可支援音頻的播放，但可能是最基本的二聲道，使用者如果有比較好的播放裝置，如家庭劇院，經(jīng)由一條HDMI cable就可將音頻傳至播放裝置，無需額外的AV端子配線，減少接線的復(fù)雜，如圖(六)所示：
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
HDMI接頭種類
HDMI在版本更新的同時(shí)，也增加接頭的種類，如圖(七)所示，HDMI剛推出時(shí)僅有標(biāo)準(zhǔn)的Type A及Dual
Link的Type B接頭，Dual Link多了三對TMDS信號，能支援更高的解析度到2500*1600。HDMI 1.3時(shí)，增加了較小的Type C接頭(mini HDMI)可應(yīng)用于DV或數(shù)字相機(jī)等便攜裝置，而在HDMI 1.4，為了因應(yīng)小型的手持裝置如智能手機(jī)，而有了更小的Type D接頭(micro HDMI)，以及專為車上使用而設(shè)計(jì)較牢固的Type E接頭，防止接線在車子行駛中震動(dòng)而脫落。
(Reference from http://en.wikipedia.org/wiki/)
HDMI TMDS測項(xiàng)
HDMI的測項(xiàng)可大致分為三大項(xiàng)，分別為低速信號、Protocol和TMDS高速信號的測項(xiàng)。低速信號量測包含DDC、EDID或HPD電壓等使用電表可做測量的項(xiàng)目；Protocol則是可用Protocol Analyzer分析信號中如Control Period或Video Data Period等，檢測封包格式及編碼序列是否正確；我們接下來要針對利用高階示波器來量測的TMDS高速信號，分析這些測項(xiàng)的用意。
Test ID 7-2 TMDS-VL
此測項(xiàng)針對每個(gè)Single-End的信號(Ex: D0+,
D0-, D1+, D1-,…etc)進(jìn)行電壓的量測，其目的是為了確保信號的電壓是否合乎規(guī)范的區(qū)間內(nèi)，而要求在測試此項(xiàng)目時(shí)，待測物需調(diào)整至最低可支援的Clock Frequency，是因?yàn)閷?shí)際上電子元件無論在充電或是放電都需要一段時(shí)間，最低的頻率對應(yīng)到時(shí)域上即是每個(gè)bit的時(shí)間越長，越能準(zhǔn)確量測出信號電壓的極值。在HDMI CTS的測試步驟中，會(huì)先抓取(至少1000次)信號中的H-L-L-L bit Sequence，累積統(tǒng)計(jì)最后兩個(gè)bit的電壓，取統(tǒng)計(jì)次數(shù)最高的電壓值，如圖(八)所示：
Test ID 7-4 TMDS - TRise, TFall
量測信號在轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)(0→1, or 1→0)所需的時(shí)間；為了有較好的信號特性如傳輸速率的保證，在設(shè)計(jì)上Rise Time或Fall Time也會(huì)越快，但是為了抑制EMI的影響，針對Rise Time或Fall Time會(huì)有所限制。在HDMI CTS的規(guī)范上，就限制了HDMI的信號轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)間不可快于75ps。
Test ID 7-6 TMDS - Inter-Pair Skew
為了確保每對Data Lane之間(D0-D1, D1-D2,
D2-D0)的Skew是否在規(guī)范的范圍0.2Tcharacter(Tcharacter
= 10*Tbit，Tbit為一個(gè)bit的時(shí)間)以內(nèi)，在量測時(shí)會(huì)Trigger每對Data信號中都會(huì)有的Control Encoding Pattern，經(jīng)由相同的Pattern量測信號間的Skew。
Test ID 7-7 TMDS - Intra-Pair Skew
除了驗(yàn)證Data Lane之間的Inter-Pair Skew，Data及Clock這四對差動(dòng)信號本身的品質(zhì)也需一定的水準(zhǔn)，Intra-Pair Skew即是確認(rèn)正負(fù)端(D0+-D0-, D1+-D1-,
D2+-D2-, Clk+-Clk-)的Skew是否合乎規(guī)范限制，其Skew范圍為不能超過0.15Tbit；由于信號從待測物到示波器中間會(huì)經(jīng)過探棒，對信號會(huì)有些微Skew及其他影響，因此在測試之前，探棒的校正是非常重要
Test ID 7-8 TMDS - Clock Duty
Test ID 7-8 TMDS - Clock Duty
在HDMI的架構(gòu)中有單一傳送的Clock通道以及CRU(Clock Recover Unit)的元件，而Clock Duty Cycle與Jitter的量測即是為了確保Clock的品質(zhì)，會(huì)影響到Duty Cycle的主要原因有Jitter以及不對稱的Rising and Falling Edge，因此在HDMI CTS規(guī)范中針對Clock Duty Cycle定義了40%~60%的限制。
Test ID 7-9 TMDS - Clock Jitter
CRU的用途主要是利用PLL鎖相迴路來還原Clock，為了確認(rèn)原始Clock不帶有過量的Jitter，經(jīng)過CRU后能有效的還原，示波器會(huì)使用軟體模擬一階PLL，針對PLL還原的clock作Jitter的量測，Jitter過大表示原始Clock帶有過量Jitter，無法利用PLL的特性有效鎖住頻率。
Test ID 7-10 TMDS - Data Eye Diagram
眼圖的量測如圖(九)所示，可以確認(rèn)信號的品質(zhì)及阻抗匹配是否有一定的水平，經(jīng)由多次信號堆疊的結(jié)果，可以看出信號電壓是否有足夠的眼高以及穩(wěn)定性，Jitter是否合乎規(guī)范讓眼圖有足夠的眼寬。而在HDMI眼圖測項(xiàng)的部分，可容許Eye Mask左右移動(dòng)一個(gè)Tbit的空間，只要在這個(gè)移動(dòng)范圍內(nèi)，存在一個(gè)移動(dòng)位置讓信號可以不壓到Eye Mask，就可以判定Pass，這是因?yàn)?/span>HDMI的架構(gòu)中，Sink端含有CRU的Component，只要有合乎規(guī)范的眼高與眼寬，基本上，Sink端會(huì)有足夠的能力去判斷在這個(gè)移動(dòng)范圍的信號。
HDMI Self-Test
如果制造商有完整的設(shè)備可以測試上述所提到的，不管是低速信號，Protocol分析或是TMDS高速信號等所有需要通過的測項(xiàng)，HDMI可讓制造商做自我認(rèn)證，減少將待測物送至ATC(Authorized
Testing Center)所需耗費(fèi)的排程等待時(shí)間及測試所需的費(fèi)用，但要做自我認(rèn)證有下列前提：
必須是HDMI協(xié)會(huì)會(huì)員。
必須有待測物已經(jīng)通過ATC認(rèn)證，但需注意的是，假設(shè)已通過ATC認(rèn)證的待測物分類為Source端的產(chǎn)品，僅能做同分類后續(xù)機(jī)種的自我認(rèn)證。
而自我認(rèn)證必須要準(zhǔn)備下列文件：
●CDF(Capabilities Declaration Form)
●Test Result Form
CDF是對應(yīng)到待測物所能支援的能力，如解析度、色域，是否支援Deep Color等等，而Test Result Form則是制造商自我測試的結(jié)果報(bào)告，完成這兩份文件后，可到HDMI官網(wǎng)登入，填完必要的資訊后，上傳CDF及Test Result Form，等待協(xié)會(huì)確認(rèn)文件正確后發(fā)放Logo。（安盟科技(浩網(wǎng)集團(tuán))技術(shù)應(yīng)用工程師
王昱凱(Allen Wang) 供稿）
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