解析DP1.4物理层测试

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DP1.4PHYOverview

DP1.4为现行市面上最新、最高画质的显示传输技术,透过DP1.4的传输规格,可以输出到最高7680x4320@60Hz(8K)的分辨率。DisplayPort的高速讯号为一种单向的传输技术,Source(发送端–如计算机)会将高速讯号输出到Sink(接收端–如屏幕),以达到高画质的显示。本篇文章将深入浅出的带大家探讨DP1.4的物理层(PhysicalLayer)测试,而物理层的测试中,又可分为传送端(Transmitter-Tx)与接收端(Receiver–Rx)。

DP1.4TxEqualizer

在介绍PHY的测试前,读者可先了解在DisplayPort上会使用到的Equalizer(均衡器),因为DP1.4为相当高速的讯号,讯号在传输时免不了有相当程度的损耗,损耗来源可能为电路板上的线路,或是连接的cable,为了避免这些损耗导致讯号传送到Sink端时无法被识别,DisplayPort在Tx与Rx端均设计了不同的加强方式(EQ),在Tx端,DP1.4使用了不同等级的Swing/Pre-emphasisLevel来加强讯号,Swing为调整输出讯号振幅,Pre-emphasis则是对连续讯号的第一个bit做预加强,越高的Pre-emphasisLevel加强的比值越大(第一个Bit/后面连续Bit)

传输技术

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TransmitterEQ(表一)

DP1.4RxEqualizer

而在接收端方面,DP1.4则设计了DFE以及10种不同的CTLE来对高速讯号做运算还原,CTLE为一种针对不同频率的转移函数,此转移函数会将讯号的高频成份放大,低频成份衰减,来达到讯号高低频的均衡,进而使接收端收到的眼图更漂亮。

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DP1.4CTLE(RxEQ)forHBR3(图一)

1.DP1.4Transmitter(Tx)PHY

在Tx讯号测试时,我们会透过ReferenceSink来与DUT(Source)连接,诱使DUT进入测试模式,进而改变输出的讯号的种类及参数,包括不同的测试Pattern,Swing/Pre-emphasisLevel,SSCOn/Off等等。

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(表二)

1-1眼图测试

眼图测试为用来验证讯号质量最基本的方法,一般来说,透过观察讯号眼图的眼宽及眼高,是否触碰到EyeMask,可以了解Source产品所输出的讯号是否足以被Sink所辩识。以下列出DP1.4在不同速度的眼高、眼宽规范(表三),并以一HBR3的眼图为例子(图二)。

传输技术

(表三)

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(图二)

1-2Jitter测试

Jitter(抖动)为影响讯号质量的最主要原因,其成分又可划分为DeterministicJitter-DJ(确定性抖动)与RandomJitter-RJ(随机抖动),其中DJ又可区分为SJ、DDJ(ISI)、BUJ等等成分而在DP的测试中,需进行以下的Jitter分析

RandomJitter:随机抖动,常见的来源有热干扰,环境等不确定的干扰。

SineJitter(SJ):周期性抖动,常见的有电路板上的震荡器,电源等干扰。

ISI:(Intersymbolinterference),通常讯号走过的路径越长,此干扰越大

TotalJitter(TJ):以上所有Jitter成分加成。

以下列出DP1.4在TotalJitter的规范

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(表四)

1-3Spread-spectrum(SSC)展频测试

为了避免高速讯号集中在某个频段而成为干扰源,DisplayPort采用了SSC的展频技术,将DataRate频率打散。在测试SSC时,会针对SSC的频率以及大小分别进行量测,以下为CTS中规范的标准。

传输技术

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(表五)

1-3VTX测试(Swing/Pre-emphasisLevelTest)

此测试旨在验证输出的讯号Swing与Pre-emphasis加重的比例是否足够

这里使用的是PLTPAT(Pre-emphasisleveltestpattern),测试时,示波器会将讯号由时域转换为频域,并计算出TransitionBit(转态位)与Non-TransitionBit(非转态位)的比值。

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(表六)

2.DP1.4Receiver(Rx)PHY

对于接收端Rx的测试,我们一样会透过ReferenceSource来与DUT(Sink)沟通,诱使SinkDUT进入到测试模式。接着,我们会透过BERT(误码仪、讯号产生器)将一段充满噪声的讯号(包含,RandomJitter,SineJitter,ISI,Crosstalk等等成分)输入到Sink端,确保接收端的IC仍可准确的判读讯号的0与1准位。

那要如何确认接收端IC是否有准确判读输入的讯号呢?

肉眼辨认是一种方式,观察画面是否有亮线闪烁等。但这对高速讯号来说不够明确,且在DP的设计也没有USB接口的Loopbackmode模式。故在进行测试时,我们会透过DPCD的读取跟写入,来判断Sink端是否有讯号误判的情形发生。DPCD全名为DisplayPortConfigurationData.它储存在Sink的IC上,上面会宣告Sink的能力(DP版本,最大速度,支持几个信道等)同时,也可以在上面写入数值,以进行Source及sink间的linktraining沟通。

回归正题,在DPCD的某个特定地址,会记录SINK端此时收到的Error,意即我们会在测试时,透过写入DPCD告诉Sink此时要输入何种测试pattern,而当SINK比对输入讯号后发现,有不一致的位时便会在ErrorCount的Register填入Error的数量。

进行SinkPHY的测试会有三个步骤,不同的阶段,会需要由BERT端输出不同的Pattern(图三)。

1.FrequencyLock:此阶段会进行传输速度、几个Lane的比对。

2.SymbolLock:此阶段会进行EQ的调整,测试Pattern的Align。

3.Errorcount:最后阶段,进行TestPattern的比对,并记录错误量。

我们会依照CTS,在一定的时间内观察Sink的“ErrorCount”,以判断测试结果为PassorFail。(表七)

传输技术

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(图三)

(表七)

   责任编辑:tzh

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