HDMI接口硬件测试Word文档下载推荐.docx

1、6.3.4过冲/ 下冲 316.3.5上升/ 下降时间 316.3.6对间偏移 326.3.7对内偏移 326.3.8低电平输出电压 336.4接收端测试 346.4.1 抖动容限 346.4.2最小/ 最大差分摆幅容限 346.4.3对内偏移 356.4.4差分阻抗 356.5 CABLE测试 366.5.1 数据眼图 36表目录 List of Table表 1 HDMI源端 DC特性 错误！未定义书签。表2 HDMI源端 AC特性 17表3 接收端设备 DC特性 149表4 接收端设备 AC特性 19表5 HDMI接收端阻抗特性 14表6 传输系统 TMDS参数 14表7 +5V电压管脚

2、电压要求 22表8 DDC链路最大电容要求 220表9 DDC链路上拉电阻要求 220表10 热插拔电气特性要求 217表11传输期间传输类型和编码类别 . 26表12 HDMI支持的分辨率和帧频 28表13 前导码对应的每个数据周期类型 32表14 TMDS接收同步建立时间和扩展周期参数 32表15 HDMI接口硬件测试内容 35图目录 List of Figures图 1 左边是插座，右边是插头 9图2 TYPE A信号定义 9图 3 左边是插座，右边是插头 9图4 TYPE B信号定义 9图 5 左边是插座，右边是插头 9图6 TYPE C信号定义 9图 7 TMDS差分对结构示意图 1

3、0图 8 差分信号的单端电平和差分电平 10图 9 TMDS链接测试点 10图10 均衡器公式及增益 10图11 源端测试示意图 10图12 源端测试信号眼图模板 11图13 接收端测试示意图 11图14 接收端测试眼图模板 12图15 传输系统测试示意图 12图 16 类一传输衰减限制 13图 17 类二铜线传输衰减限制 13图 18 HDMI信号流框图 15图 19 HDMI支持的音频格式 16图 20 720480的数据传送周期 17图21 默认象素编码： RGB4:4:4 ，8BITS/ 分量 19图 22 YCBCR 4:2:2 分量 . 19图23 8位YCBCR 4:4 格式映射

4、 19图 24 TMDS周期与编码类型 19图25 数据岛前导码和保护码 21图26 视频数据周期中的前导码 21图 27 测试点示意图 24图 28 安捷伦提供的 HDMI测试夹具 25国29 TMD国遂lli国 国30 TMD卑劇遂*斎国 HDMI接口硬件测试规范关键词 ：数字高清、 HDM、I TDSHT3、测试摘 要：本文介绍了数字高清技术的特点及业界与高清相关的接口， 详细分析了 HDM接I 口标准规范， 从中总结和提取出了硬件特性要求和测试要求， 同时介绍了 HDM的I 帧结构， 最后介绍了使用 TDSHT3软件进行 HDM接I 口测试的过程。1综述随着音视频产品和格式的发展， 特

5、别是 HDTV产品日益被普通消费者所接受， 高清格式节 目所带来的大量数据的传输压力、 更多的高保真声道导致的布线混乱， 以及日益重要的高清 音视频节目版权保护，都向技术发展提出了新的需求。目前， 主流数字家电的接口规范只能传输压缩或者未压缩数字视频信号， 音频信号需要单独的接口进行连接， 这在使用过程中给普通消费者带来不便。 1998年9月，intel 在器开发 者论坛 （intel developer forum ）上宣布成立数字显示工作小组。 并于 1999年 4月提出了 DVI （ digital visual interface ）成为计算机和电视可以共用的显示设备接口。 DVI 的

6、出现，正式提供了数字输出数字输入的快捷方案。 由于数字传输的诸多优势， PC显示卡和显示器 都逐渐改成以 DVI为主要输出输入接口。 但是 DVI接口仅仅保持在视频信号的处暑方面， 并没 有包括音频信号的传输。本世纪初，在 Holly Wood大多数影音工作室、制片商、众多注明电视节目供应商、有线 电视工业界以及大多数消费电子制造商的认同下，有 Silicon Image 倡导，联合 Sony、 Hitachi 、Panasonic 、PHILIPS 、THOMSON（RC、A）Toshiba 等数家注明消费电子制造商成立的 工作组共同开发， 并签署协议认可推出了高清晰度数字多媒体接口 HDM

7、（I High DefinitionDigital Multimedia Interface ）接口标准，并于 2002年 12月正式公布了 HDMI Version 1.0 规范。该接口退出后不久， DVD论坛于 2003年 10月批准 HDMI为标准信号传输制式之一。 2004 年5月HDMI 1.1规格发布， 2005年8月又推出了 1.2标准， 2005年12月推出了 1.2a标准。 2006 年6月推出了现在使用 HDMI 1.3 标准。2HDMI 的应用优势足够的带宽需求： 数字高清的数据量和传输量是非常巨大的， 连接信号源与接收端的数 据接口和线缆必须能提供大于数字高清视频播放所

8、要求的带宽。 HDTV1 080P高清模式所需要的数字带宽在 2.0Gbps 2.2Gbps （ 1920 1080*24bit 30frame 1.4 经验常数），算上 8声 道（ 7.1音响系统）的音频传输需求，总的带宽需求也没有超过 4Gbps。而HDMI1 .0 标准可以在HDMI接口间提供 5Gbps，完全能够满足高清格式数据的传输要求。随着标准的升级，将来 能够提供更高的带宽，现在的 1.3 标准最高可以达到 10Gbps。2.1音视频融合通过 HDM接I 口我们可以直接欣赏到数字高清所带来的震撼效果， 而不用分开来传输音频和视频， HDM接I 口也是现在唯一能提供音视频同时传输的

9、数字高清传输接口。 音视频的融合大大简化了我们连接影音设备的工程。 连接一个 7.1 声道的音响系统我们需要 8条音频线。 而 HDMI接口只要一根线就所有工作都搞定， 面对这么简单的连线， 谁不愿意使用这么方面的东 西呢。2.2良好的兼容性现在的设备提供 DVI接口的远多于 HDMI接口的。为了节省成本和顺利推行 HDMI接口，HDMI 接口完全是兼容 DVI接口（接口信号定义兼容， 只是采用了不同的接口封装） ，通过 DVI-HDMI 接口转接器，就可以方便的使用 HDMI接口了。2.3出色的抗衰减能力HDM在I 数据传输方面有着出色的抗衰减能力，这使得它在长距离传输上比 DVI等方式更具

10、优势。普通 HDM线I 与高价 HDM线I 性能表现类似（只要通过测试合格） ，HDM没I 有指定长度 限制，但是一般的线缆厂商提供的 HDM铜I 线都在 15M以内，一方面有良好的可靠性保证，一 方面价格比较利于消费者接受。这个距离也远远超过 DVI所能保证的 5M的距离。2.4支持更多原色色深DVI由于产生于 PC平台，其支持的原色的色深受限于 True Color 的 24bit ，而现在的数字 电视要求的是 36bit 高逼真画面，即要求三原色各自有 12bit 数字视频信号。目前， DVI无法 满足这种要求，而 HDM则I 可以支持 12bit 数字视频信号。 HDMI的出现使我们可

11、以欣赏到色彩层次更加丰富，暗影细节更多的画面。3HDMI 物理接口HDM物I 理接口总共有三种类型： Type A/B/C 。Type A接口携带所有的 HDM信I 号，包括单一的 TMDS LINK。Type B连接器比 Type B稍微大一些，携带了两个 TMDS LINK，一般用于相对要求较高的计算机显示方面。 Type C是mini HDMI 接口，包括一个 TMDS link ，在尺寸上面比 Type A 小，所携带的信号和 Type A是一 样的。接口分为插座（ RECEPTACL）E和插头（ PLUG） , 插座放置在单板上，插头则是 HDM线I 缆 的接头。下面是三种类型的插座

12、和插头的机械尺寸和外貌。3.1Type A图 1 左边是插座，右边是插头图2 Type A 信号定义3.2Type B图 3 左边是插座，右边是插头图4 Type B 信号定义3.3Type C图 5 左边是插座，右边是插头图6 Type C 信号定义3.4HDMI 电气特性及要求HDM的I 电气特性是与 TMDS信号特性相关， 同时也与 TMDS时钟相关， 其中的接口测试是根 据传输的不同阶段而分段测试，最后组成一个完整的测试。3.4.1TMDS概述TMDS差分结构示意图如图 7所示。 TMDS技术利用电流驱动产生低电压差分信号，在接收端通过 DC耦合形成传输，传输链路的参考电压 AVcc设

13、置差分信号的高电平，低电平由 HDMI源的电流和接收端的终端匹配电阻决定， 终端电阻 RT和传输线的特性阻抗 Zo必须匹配， 一般选择 50欧姆。图 7 TMDS差分对结构示意图差分线的单端信号高电平是 AVcc，低电平是 Vswing ，而差分信号的摆幅就是 2*Vswing ， 高电平是正的 Vswing ，低电平是负的 Vswing ，如图 8所示：图8 差分信号的单端电平和差分电平TMDS信号的测试点如图 9所示， TP1是用于测试 HDMI的源端输出， TP2是用于测试接收端 输入， TP1和 TP2结合用于测试传输电缆。图9 TMDS链接测试点3.4.2TMDS系统运行条件及测试特

14、性终端供电电压 AVcc：3.3V 5%；终端匹配电阻 RT： 50ohms10%。所有的 TMDS时钟和数据信号的抖动特性都与一个理想的恢复时钟相关， 这个恢复时钟用在测试 TMDS信号眼图的时候做触发源，这个触发源用一个 PLL来实现，带有 -3dB带宽为 4MHz的低通滤波器。另外通常高速串行总线都有加重和预加重， 在 HDM接I 口采用传输线均衡器来实现， 从而改善传输性能，在接收端能够有一个比较理想的眼图。图 10 均衡器公式及增益3.4.3HDMI源端 TMDS特性HDM需I 要一个 DC耦合 TMDS连接，源端测试示意图如图 10所示， AVcc为3.3V 。图 11 源端测试示

15、意图源端设备应满足 DC特性，如表 1：表 1 HDMI 源端 DC 特性ItemValue单端输出停靠电压， VOFFAVcc10mV单端输出摆放电压， Vswing400mV Vswing 600mV单端输出高电平， VH如果接收端支持 TMDS时钟 165MHz，则为10mV；如果接收 端支持 TMDS时钟 165MHz，则 为（AVcc-200mV） VH （AVcc+10mV）单端输出低电平， VL如果接收端支持 TMDS时钟 165MHz，则为 （AVcc-600mV） VL（AVcc-400mV） ； 如果接收 端支持 TMDS时钟 165MHz，则 为 （AVcc-700mV）

16、 VL （AVcc-400mV）源端设备应满足 AC特性，如表 2：表2 HDMI 源端 AC 特性上升/下降时间（ 20-80 ）75ps 上升 / 下降时间 0.4Tbit最大过冲全差分幅度（ Vswing*2 ）的 25差分信号间 skew0.15Tbit差分对信号间 skew0.20Tcharacter时钟占空比， min / average / max40% / 50% / 60%TMDS差 分时钟信号抖动， max0.27Tbit在源端的 TP1处按照图 11的测试设计，测出的眼图应该是如图 12所示，要求满足时间的 幅度的最小眼张开宽度，这与平均的差分偏移和最高和最低电平有关。图

17、12 源端测试信号眼图模板Vhigh （max） = Vswing （max） + 15% * （2*Vswing （max） = 600 + 180 = 780mV Vhigh （min） = Vswing （min） - 25% * （2*Vswing （min） = 400 - 200 = 200mVVlow （max） = -Vswing （max） - 15% * （2*Vswing （max） = -600 - 180 = -780mVVlow （min） = -Vswing （min） + 25% * （2*Vswing （min） = -400 + 200 = -200mV 最

18、小眼图张开幅度 = Vhigh （min） Vlow （min） = 400mV3.4.4HDMI接收端 TMDS特性HDM接I 收端测试采用如图 13所示的测试示意图：图 13 接收端测试示意图接收端设备应满足的 DC特性如表 3所示：表3 接收端设备 DC 特性在接收端连接并运行的情况下输入差分电平， Vidiff150 Vidff 1200mV输入共模电平， VicmVicm1： 如果接收端仅支持 TMDS时钟 165MHz 则 （AVcc-300mV） Vicm1 （AVcc-37.5mV ） 如果接收端仅支持 TMDS时钟 165MHz则 （AVcc-400mV） Vicm1 （AV

19、cc-37.5mV ） Vicm2：AVcc 10mV在接收端没有连接或使用的情况下差分电平注：所有的接收端设备必须都要支持 Vicm电平范围 （包括 Vicm1 和 Vicm2 ），AC耦合时 共模为 Vicm2，但是源端并不允许在 Vicm2运行，当高速传输时， DC耦合 Vicm1小于上表中的 要求，则源端设备会终止通信。接收端设备应满足的 AC特性如表 4所示：表 4 接收端设备 AC 特性最小差分敏感电平 （ peak-to-peak ）150mV最大差分输入电平 （ peak-to-peak ）1560mV最大允许差分对内偏移TMDS时钟在 225MHz以下： 0.4TbitTMD

20、S时钟在 225MHz以上： 0.15Tbit + 111ps最大允许差分对间偏移0.2Tcharacter + 1.78nsTMDS时钟抖动0.30Tbit上升时间 200ps接收端设备测试在 TP2的眼图要求如下：图 14 接收端测试眼图模板表 5 HDMI 接收端阻抗特性TDR（时域反射计）上升时间（ 10%-90%）整个连接阻抗100ohms 15%终端阻抗（ Vicm 在 Vicm1 范围内）10%终端阻抗（ Vicm 在 Vicm2 范围内） 35%3.4.5传输系统 TMDS特性传输系统（ Cable assembly ）包括五个独立的部分：源端连接器、源端转换器、传输电 缆、接

21、收端转换器、 接收端连接器。 HDM传I 输线测试的测试点在如图 15所示的 TP3和 TP4之间： 图 15 传输系统测试示意图HDM的I 传输系统有两类： 一类是支持 TMDS时钟频率达 74.25MHz；另一类支持 TMDS时钟频 率达 340MHz。HDMI传输系统测试采用两个不同的眼图来衡量：一个是不加均衡器的测试 （ non-equalized ），一个是加均衡器的测试（ equalized ）。不加均衡器的眼图要求，当被 输入符合如图 11所示眼图模板的信号时， 在 TMDS输出波形应该在接收端的眼图符合图 13所示 的眼图模板； 加均衡器眼图要求， 当被输入符合图 11所示眼图

22、模板的信号时， 在 TMDS输出波 形应该在接收端的眼图符合加均衡器后的眼图模板要求。根据传输线支持的频率不同，对应于有不同的特性要求。类一（ 74.25MHz）：传输线应该符合如下要求：a） 各项参数符合表 9要求；b） 或者，无均衡器眼图符合在 74.25MHz情况下的眼图模板；类二（ 74.25MHz）：b） 或者，无均衡器眼图符合在 165MHz情况下的眼图模板，并且带均衡器眼图在 340MHz符合模板要求，及如果采用铜线传输则必须满足图 17所示的衰减要求，如果采用带均衡器的传输线，则必须满足图 18所示的衰减要求。表 6 传输系统 TMDS 参数参数类一（ 74.25MHz）74.

23、25MHz）最大传输差分信号间 Skew151ps111ps最大传输差分信号内 Skew2.42ns1.78ns远端串扰-26dB衰减：300kHz 825MHz 825MHz 2.475GHz 2.475GHz 4.125GHz 4.125GHz 5.1GHz参看图 15 8dB 21dB 30dB参看图 16 5dB 5dB 12dB 12dB 20dB 20dB 25dB差分阻抗 连接点到转换部件：启动到 1ns传输线部分： 1ns 2.5ns100欧姆 10%图 16 类一传输衰减限制 类二传输衰减限制图17 类二铜线传输衰减限制 加均衡器传输衰减限制3.4.6+5V 电源HDM连I

24、接器提供一个管脚用于源端设备提供 5V给传输线和接收端设备。 所有的 HDM源I 端设备都必须能够提供 5V信号，无论时用于 DDC或 TMDS信号，对于 5V的要求如表 10所示，同时 还应提供过流保护，当大于 0.5A 的时候由源端设备提供。所有的 HDMI源端设备都必须能够提供至少 55mA给5V电压管脚， 接收端设备一般消耗的电 流不会超过 50mA，当接收端设备启动后最多只需要 10mA就可以了。 所以传输系统必须要能支 持最少 50mA的电流通量。 5V电压信号通过 DDC/CEC地信号作为回路。表 7 +5V 电压管脚电压要求MinMaxTP1 电压4.8V5.3VTP2 电压4

25、.7V3.4.7DDC信号DDC（Display Data Channel ）I/O 、I2C及接地信号应该满足相应的要求， 如I2C总线2.1 版本“标准模式”设备，对于 HDM设I 备的 DDC电气特性如表 11和表 12所示：表 8 DDC 链路最大电容要求HDM源I 设备传输系统HDMI接收设备SDA-DDC/CEC GND50pF700pF50PfSCL-DDC/CEC GND表 9 DDC 链路上拉电阻要求源端上拉电阻， SCL和 SDA1.5k ohms 2.0k ohms接收端上拉电阻， SCL47k ohms ，3.4.8热插拔检测信号热插拔检测信号的参考地就是 DDC、CE

26、C的地管脚。对于热插拔信号的电气特性要求如下：表 10 热插拔电气特性要求高电平（接收端）2.4V 5.3V地电平（接收端）0V 0.4V接收端输出阻抗1000ohms 20%高电平（源端）2.0V 5.3V低电平（源端）0V 0.8V值得注意的是，许多接收端设备仅仅是简单地把 HPD（热插拔）信号通过 1k ohms的电阻与+5V相连，实际上在源端需要把 HPD信号下拉处理，以可靠的区分是未连接还是 HPD的高电平信号。3.4.9CEC信号CEC（ Consumer Electronics Control ）是一个可选的协议。 CEC信号线不论使用还是不 使用，都必须与所有的 HDMI设备互

27、连，当一个设备是最终的 CEC根设备时，就不应该把 CEC 再连到任何其他的 HDM输I 出上， CEC在下电后的漏电流最大不能超过 1.8uA ，设备端最大负载 电容不能超过 200pF，传输系统的最大负载电容不能超过 700pF。4HDMI 的信号传输原理HDM连I 接是有一对信号源和接收器组成， 不过一个系统种也可以包括多个 HDM输I 入或者 输出设备。 每个 HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息， 同样信号输出接口也会携带所有的信号信息。一对信号源和接收器的 HDM接I 口的结构为 HDM电I 缆、 接收器和发送器， 接收器和发送起 包括三个不同的 TMDS数据信息通道和一个时钟通道。 这些通道支持视频、 音频和一些附加信 息。除此之外， 还有 DDC通道实现信号源和接收器之间的数据交换， CEC通道通过协议对整个链路上的各种视听设备进行控制，也就是说可以通过遥控器控制 HDMI连接的多台设备。视频音频和附加信息通过三个通道传送到接收器上， 而视频的象素时钟则通过 TMDS时钟 通道传送，接收器接收这个频率参数之后，将还原另外三个通道传递过来的信息