被稱作DTV革命催化劑的高清多媒體接口( HDMI)技術(shù)即將迎來大規(guī)模應(yīng)用的曙光。在HDMI標(biāo)準(zhǔn)下,，內(nèi)容提供商,、系統(tǒng)運營商和消費電子產(chǎn)品(CE)制造商正在展開一場拉力賽,。這就使行業(yè)關(guān)注的重點轉(zhuǎn)向如何證明產(chǎn)品測試與HDMI標(biāo)準(zhǔn)所定義的測試一致。設(shè)計和驗證工程師需要依靠工具來快速可靠地完成標(biāo)準(zhǔn)所要求的大量測試,，從而提高效率,。本文介紹了用以確保產(chǎn)品通過驗證的HDMI關(guān)鍵測試、復(fù)雜HDMI信號測試中存在的挑戰(zhàn),，示波器自帶測試軟件如何能在保證結(jié)果可靠的前提下實現(xiàn)效率的飛躍,，以及這些軟件如何大幅提高測試的自動化程度。
HDMI官方機構(gòu)于2006年6月公布了1.3版的HDMI規(guī)范,，其中增加了一些分辨率更高的顯示格式,，包括1080P這種串行數(shù)據(jù)率高達(dá)3.4 Gb/s的深色顯示格式(deep color format)。HDMI 1.3的出臺是迄今為止該規(guī)范最重大的一次飛躍,，而HDMI標(biāo)準(zhǔn)也已成為包括DVD播放器,、高清電視機和新型游戲設(shè)備在內(nèi)的諸多高清設(shè)備廣為采用的接口事實標(biāo)準(zhǔn)。HDMI 1.3中收入了去年底開始出現(xiàn)在消費電子市場并且今年仍將繼續(xù)大量使用的新型高清音,、視頻技術(shù),。為保證信息傳輸?shù)目煽啃院驮O(shè)備的互通性，該標(biāo)準(zhǔn)還對網(wǎng)絡(luò)的物理層提出了要求,。在HDMI規(guī)范[1]和更明確的HDMI一致性測試規(guī)范(CTS) [2]中,，定義了一系列適用于HDMI物理層的一致性測試。2007年3月,，HDMI官方機構(gòu)又公布了最新的一致性測試規(guī)范(CTS V1.3b)文件,，其中包括對HDMI V1.3中定義的一些功能的新測試。
HDMI V1.3物理層一致性測試中面臨的挑戰(zhàn)
要保證被測設(shè)備與HDMI CTS 1.3b規(guī)范的規(guī)定一致,，并最終保證HDMI 1.3規(guī)范的產(chǎn)品開發(fā)成功,，必須要有適合高速串行數(shù)據(jù)的高品質(zhì)測試與測量儀器和方案。圖1給出了HDMI傳輸系統(tǒng)的主要構(gòu)成元素—源端,、電纜和接收器,。當(dāng)然，測試越詳盡越好,，但對滿足一致性而言，核心的電測試才是最關(guān)鍵的,。圖1總結(jié)了核心測試的一些條目,。
根據(jù)HDMI CTS 1.3b規(guī)范，一套完整的一致性測試方案中需要實時示波器,、采樣示波器,、信號發(fā)生器、差分探頭和測試夾具,。但關(guān)鍵問題是如何選擇合適的測試平臺來簡化設(shè)計,，并保證新的HDMI設(shè)計與新的一致性測試要求相符,。為此，工程師們需要利用這些儀器組合出一套完整,、靈活的高性價比測試方案,。只有組合起一套功能強大的集成測試方案后，才能進(jìn)行快速眼圖繪制和抖動驗證,，因為這兩項功能要求在盡可能短的時間內(nèi)積累大量波形,。而且，為了利用示波器上自帶的“一鍵運行(one-button)”一致性測試軟件自動完成復(fù)雜的電纜和接收器測試,，信號發(fā)生器必須工作在一個閉環(huán)環(huán)路中,。
圖1：HDMI最小化傳輸差分信號(TMDS)的邏輯連接以及CTS規(guī)范所要求的核心測試,。
HDMI一致性測試技術(shù)
1．實時示波器
一套完整的HDMI CTS 1.3b測試方案中應(yīng)包含針對消費電子產(chǎn)品,、半導(dǎo)體和電纜制造商的設(shè)計與測試工程師使用的高性能硬件與全面的軟件。在關(guān)鍵儀器方面,，測試HDMI 1.3信號需要帶寬至少為8GHz,，并且可運行一致性測試軟件的實時示波器。
圖2是一次利用HDMI一致性測試軟件進(jìn)行HDMI V1.3源端測試得到的結(jié)果,。同時,，為保證全面體現(xiàn)信號特點，CTS 1.3b還規(guī)定了捕捉信號所需的最小示波器記錄長度,。根據(jù)該規(guī)定,，示波器至少應(yīng)能累積40萬個單位時間間隔(或Tbit)來繪制眼圖。在16 M/20 M的記錄長度下,，示波器至少能捕捉40萬單位時間間隔的低分辨率信號,，或260萬單位時間間隔的高分辨率信號?？紤]到高達(dá)3.4Gbps的數(shù)據(jù)率,，高采樣率(高于10GS/s)下示波器的最小記錄長度就應(yīng)大于16M。
圖2：HDMI源端一致性測試結(jié)果,。
任何傳輸系統(tǒng)最關(guān)心的問題都是時鐘抖動，抖動測試的目的就是檢查并確保時鐘信號中沒有過多的抖動,。例如,，占空比抖動測量就是評估時鐘確定性抖動的一種很好的方法。CTS規(guī)定,，在50%的標(biāo)稱占空比附近可以有+10%的變化裕量,。但應(yīng)注意，此處所說的占空比變化是指在大量捕獲信號的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量得到的結(jié)果,。因為CTS規(guī)定,，測量占空比變化至少需要一萬個觸發(fā)波形,。這樣一來，示波器的觸發(fā)再準(zhǔn)備速率(Trigger re-arm rate)就變成最重要的一個因素,。一般情況下,，觸發(fā)再準(zhǔn)備速率約為每秒100個波形(wfms/s)。
這可能就意味著信號捕獲和測試時間將長到讓人難以接受的程度,。幸運的是,，還有一些精密技術(shù)，例如數(shù)字熒光示波器(DPO)上的FastAcq技術(shù)能夠提高觸發(fā)再準(zhǔn)備速率,，使其達(dá)到30萬wfms/s的水平,。圖3所示就是用FastAcq技術(shù)進(jìn)行時鐘占空比測試的情況。圖中示波器所表現(xiàn)的信息非常豐富,，正是這一點保證了測量的說服力,。
圖3：利用DPO進(jìn)行時鐘抖動測試,。
2．信號發(fā)生器
數(shù)字高清接收設(shè)備最重要的一個特性就是它對信號抖動具備一定程度的耐受力,。標(biāo)準(zhǔn)中將這種耐受能力規(guī)定為0.3*Tbit。測試時,，需將一定量的抖動逐次加入發(fā)送的TMDS信號中,，直到接收設(shè)備無法恢復(fù)信號。然后再將接收設(shè)備所能承受的總抖動與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限度進(jìn)行比較,，檢查設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)的一致性,。
抖動裕度測量是指向信號中加入一定量的抖動后進(jìn)行幾次測量。以下是對(a) ,、(b)兩個案例進(jìn)行三次測量的例子：(a)在500KHz下的數(shù)據(jù)抖動,，在10 MHz下的時鐘抖動率；(b)在1 MHz下的數(shù)據(jù)抖動,，7 MHz下的時鐘抖動頻率
要選擇合適的HDMI CTS測試設(shè)備,，必須了解需要解決的問題有那些。例如,，TMDS信號的產(chǎn)生在接收器測試中扮演著十分重要的角色,，而信號發(fā)生器中的一個關(guān)鍵問題就是怎樣提供一系列高精度信號，并精確控制這些信號的參數(shù),。
最小差分靈敏度測試要求20mV的分辨率,；對內(nèi)偏移(intra-pair skew)測試要求延遲設(shè)置精確到亞皮秒級分辨率。
抖動容限測試比抖動裕度測試更加困難,，因為在測試中既要改變時鐘抖動也要改變數(shù)據(jù)抖動。而產(chǎn)生10 MHz級的抖動頻率就需要同時使用幾種信號發(fā)生器組合,。由于HDMI規(guī)范對抖動裕度的要求比較嚴(yán)格,，因此必須精確控制抖動幅度,。因為需要調(diào)整的參數(shù)很多，抖動裕度又很緊張,，因此抖動容限測試就變得極端復(fù)雜,，可能需要很長的時間才能完成。圖4就一個自動化接收器測試系統(tǒng)的例子,。
圖4：基于閉環(huán)機制的集成接收測試系統(tǒng)。
該例中,，數(shù)字熒光示波器通過一條GPIB電纜與TMDS信號發(fā)生器DTG5334相連,，需要時還可通過一條GPIBUSB-B電纜將其與抖動插入信號發(fā)生器AWG/AFG相連。HDMI設(shè)計與測試工程師可以在一套閉環(huán)裝置中控制這些信號發(fā)生器,，利用示波器上自帶的“一鍵運行”一致性測試軟件自動實現(xiàn)復(fù)雜的電纜和接收器測試,。該例中采用的閉環(huán)裝置大大縮短了測試時間，也消除了測試裝置的非線性,。
3．差分探測系統(tǒng)
此外,，擁有靈活、通用的高性能探測系統(tǒng)也很重要,。如今的許多高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)都在多條信號通路上采用了差分信號傳輸,，這對單個示波器能否同時測量兩路差分信號提出了挑戰(zhàn)。為此,，工程師需要一種能利用4個差分SMA探頭同時捕獲多達(dá)4路高速差分信號的示波器(參考圖4),。該示波器的另一個好處是其探頭的SMA輸入上連接了一個高品質(zhì)的50? 終端，因而其回波損耗可達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平,。這在頻率日益增高的HDMI一致性測試中是非常重要的,。
差分SMA探頭為終端網(wǎng)絡(luò)提供了一個共模直流電壓輸入。終端電壓可以由用戶從外部提供,，也可由示波器從內(nèi)部提供,。此外，該探頭還具備一種自動模式,，能感測輸入信號的共模電壓并自動設(shè)置終端電壓使其與輸入共模電壓匹配,。
P7313SMA拓寬的終端電壓范圍使其成為測試HDMI和DVI等高共模電壓類差分標(biāo)準(zhǔn)的理想選擇。除了終端電壓范圍拓寬之外,，P7313SMA的動態(tài)范圍也得到了展寬,。這就允許探頭在2.5x的衰減設(shè)置(屬于低噪設(shè)置)下測量更大的信號。
4．采樣示波器
為實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸而采用的差分傳輸線對阻抗匹配非常敏感,。因此,，在HDMI一致性測試中，阻抗特性測試十分重要。直接連接阻抗允許在規(guī)范規(guī)定的100 ?上下有15%的波動,。終端阻抗的可變范圍要求就比較嚴(yán)格,，只能在特性阻抗100 ?上下10%范圍內(nèi)變化。同時,，工程師還需要檢查對內(nèi)偏移(Intra-pair),、對間偏移(Inter-pair)和串?dāng)_等電纜的關(guān)鍵特性是否達(dá)到要求。
時域反射計(Time Domain Reflectometry, TDR)是一種可精確測量互連系統(tǒng)阻抗與長度特性的功能強大的工具,。雖然TDR的基本概念相對比較簡單,，但要想得到精確的測量結(jié)果，必須考慮幾個問題,，其中最重要的就是如何實現(xiàn)真正的差分TDR,。泰克DSA8200采樣示波器自帶的iConnect軟件提供了一種性價比較高的創(chuàng)新式TDR測試功能，它同時還具備一些新的測試功能,，可作為替代VNA的一種高效低價的測試方案,。
本文小結(jié)
高清多媒體接口(HDMI)技術(shù)正處于迅猛增長階段。如何保證此類產(chǎn)品與HDMI 1.3規(guī)范的一致性并最終保證產(chǎn)品的成功開發(fā),，這是HDMI設(shè)計與測試工程師面臨的一項十分艱巨的任務(wù),。在測試HDMI 1.3信號時，工程師需要帶寬至少為8GHz的實時示波器,。泰克開發(fā)了可在示波器上運行的Tektronix HT3 3.3.1等HDMI一致性測試軟件,，它們還可以控制接收器和電纜測試中的DTG、AWG或AFG,。自帶iConnect軟件的DSA8200采樣示波器則提供了完整的TDR,、FEXT和偏移(Skew)測量功能，可完成HDMI的全部物理層測試,。