HDMI/DVI信号一致性测试解决方案

HDMI-Fixture-PL（Plug） 测试夹具是测试 HDMI 接口主板的，代替线缆插入主机或进行测试。

HDMI-Fixture-PL 测试夹具采用 HDMI-TYPEA 标准接口，采用线缆配SMA 的方式引出信号，采用 2.92mm 高性能 SMA 连接器，可以与仪器直接连接方便测试。  

‍‍‍DVI介绍- 简介

免除模拟/数字转换的失真, 提高视信质量。

DVI是由DDWG提出的， 为了解决传统图像处理器或显示卡连接到模拟显示器（如VGA）时， 信号经过模拟/数字转换而出现信号与图像损耗及失真问题的一套开放式接口标准。因为通过使用DVI接口技术，视频信号不需通过模拟数字转换，减低了模拟LCD 或CRTs的成本， 同时对使用数字式显示器的PC用户，DVI接口为用户带来更好的视觉享受，DVI并且能自动地调节到更清晰的图像水平等。DVI接口是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技术，又名PanelLink技术。此技术是Silicon Image, Inc.公司的专利， 已被广泛应用在平面显示，包括TFT LCD与等离子显示，CRT与数字投影仪上。

DVI介绍-不同类型的DVI连接

1.DVI-D (Digital) - DVI-D是用来连接数字显示卡与数字显示器的接口格式。DVI-D提供比模拟接口更快，更高的图像质量。事实上，所有的显示卡从基本上就是产生数字视频信号，但过往在使用模拟接口如VGA时，数字视频信号在输出前需转换成模拟视频信号，到达显示器后又被转换成数字视频信号。DVI-D格式就是去除这模数转换，使数字视频信号从视源无失真地在数字的领域中被传送到显示器中。

2.DVI-A (Analog) - DVI-A是用来连接到只带有模拟接口的显示器(如:传统的CRT与HDTV)。虽然仍然存在模数转换的失真，但是比标准的VGA所传送的图像质量要好。

3.DVI-I (Integrated Digital/Analog) - DVI-I是用来连接数字显示卡到数字显示器, 或模拟显示卡到模拟显示器的。DVI-I并不支持数字到模拟，或是模拟到数字的连接。

根据 DVI 标准，一条 TMDS 通道可以达到 165MHz 的工作频率和 10-bit 接口，也就是可以提供 1.65Gbps 的带宽，这足以应付 1920*1080/60Hz 的显示要求。另 外，为了扩充兼容性，DVI 还可以使用第二条 TMDS 通道，这样其带宽将会高过 2Gbps。

DVI-D 才是 真正的数字信号传输。

DVI-A 只是换汤不换药的定义而已。其实就是 VGA 接口标准。

DVI-I 是整合了上述 DVI-A 以及 DVI-D 的接口的总称。具体在接口插座

管脚定义上有明显的区分。也就是说：看看 DVI 的接口管脚就 知道个大概了。

DVI-A ( A= Analog ) 是模拟信号接口，只能去接 DVI-A或者 VGA 接口的信接口的信号。

DVI-D ( D= Digital ) 是数字信号接口，只能去接DVI-D接口的信号。

DVI-I ( I = A+D = Integrated ) 含及上述两个接口， 在管脚定义上有明显的区分，当 DVI-I 接 VGA 时， 就是 起到了 DVI-A 的作用 ；当 DVI-I 接 DVI-D 时， 只起了 DVI-D的作用。

DVI介绍-DVI的带宽

DVI Single Link : 165MP/s (最大TMDS象素率/ 时钟) X 3 (因为R.G.B) X 10 (每R/G/B的8bit, 经8B/10B编码)= 4.95Gb/s; DVI Dual Link : 9.9Gbp/s

举例：HDTV Plamas等离子显示器：精度：1920 X1080，24bit (RGB), 刷新率：每秒30帧

所以要传输HDTV的图像需要带宽是(不包括Blanking)：1920 X 1080 X 24 X 30 = 1.49Gb/s

举例：QXGA TFT-LCD液晶显示器：精度：2048 X1536，24bit (RGB), 刷新率：每秒60帧

所以要传输QXGA的图像需要带宽是 (不包括Blanking)：2048 X 1536 X 24 X 60 = 4.5Gb/s

DVI发生器一致性测试

Half Clock Pattern半时钟码型：

当输入编码器的序列为间隔的0X01与0XFF时, 编码器将会输出半时钟码型, 即间隔的0X3FF与0X000的TMDS字符

伪随机码：

可以使用23bit的线性反馈位移记数器(程式为X23+ X5+ 1) 产生这伪随机码，它会在223– 1次后重复, 输入到TMDS编码器中, 所有可能的TMDS字符都被产生了

对于标准的DVI接口来说，需要测试治具把信号延伸出来，否则没有测试点，治具如下图所示：

然而，DVI协会早就不做治具了，主要还是因为HDMI/DP的冲击，DVI接口使用越来越少了，治具也就失去了市场。但是，在某些行业，DVI还在继续使用，依然有测试的需求。那该怎么办呢？

其实仔细想想，DVI和HDMI都是TMDS信号，那是不是用HDMI治具就可以了呢？没错，配个DVI转HDMI转接头，就可以用HDMI方案测试DVI了。

HDMI介绍- 简介

HDMI 作为 DVI 数字接口技术在 2001 年左右引入到市场，2002 年 12 月HDMI Licensing,LLC 组织发布了初始版本，2009 年推出了 HDMI1.4，支持 Type D/E 连接器和 Type E 线缆、支持 HEAC、4Kx2K（刷新率有 30Hz）视频格式等，2011 年推出 HDMI1.4b。2014 年成立的 HDMI Forum 发布了HDMI2.0 初始版本，TMDS 速率可达 5.94Gbps，支持 4K/60Hz,2017 年推出了 HDMI2.1 标准，除了向下兼容 TMDS 信号外，还支持 FRL 信号，最高速率可达 12Gbps，支持 4K@120Hz，8K@60Hz。

带宽计算

PCLK: pixel clock(像素频率) 计算方法如下： 以1920x1080p/60hz为例，total pixel：2200，total line：1125，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 2200*1125*60 = 148.5MHz；每个channel的带宽 = 148,500,000 * 1 * 10 = 1.485 Gbps HDMI总带宽=1.485*3=4.46Gbps 1280x720p/60hz为例，total pixel：1650，total line：750，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 1650*751*60 = 74.25MHz； 3840x2160p/60hz 为例，total pixel：4400，total line：2250，filed rate：60Hz，那么：PCLK = 4400*2250*60 = 594MHz； 那么，HDMI1.4是否可以传输4k？ 4K频率需要的带宽：选最常用的3840x2160分辨率，色深的话常用的是8位，RGB三色就是24bit，我们的目标是60Hz刷新率(60fps)→→→ 5.94*3=17.82Gbps HDMI1.4像素时钟高达340MHz，即最大带宽是：→→→ 340MHz*10bit（10bit编码）*3（3个数据通道）=10.2Gbps

答案很显然了。

HDMI 原理架构以及信号特性

HDMI使用最小跳变差分信号(TMDS)技术，差分信号共模偏置电压为+3.3 V，端口阻抗为50欧姆，额定幅度跳变为500 mV (+2.8 V到+3.3 V)，电压摆幅可以在150 mV - 800 mV之间变化。信号的上升时间约为100 ps左右。单个链路上的数据速率可以在25 Mpps - 165 Mpps之间(Mpps = 每秒兆像素)。由于每个像素用10个数据位表示，因此数据传输速率最大为1.65Gbps,一个bit的周期时间(通常称为Tbit)最低为606 ps。图2是典型的HDMI时钟和数据信号。由于显示分辨率是可以根据需要进行调节的，在不同的分辨率下数据的传输率会相应的进行改变，同时Tbit也会相应改变，所以为了方便，在测试标准中大多数时间相关的参数指标是以Tbit为单位来定义的。而逻辑摆幅也是可以根据不同的设计允许变化的，所以幅度轴上的参数标准都是以Vswing为单位来定义。TMDS传输链路由三条数据通道和一条时钟通道组成。三个数据通道分别传输RGB信号。

HDMI 物理层的一致性测试的规范以及测试方法

按照 CTS的规范，对于源端，需要进行一致性测试的与电特性相关的项目有三类，时钟－数据，数据－数据，单端信号。下面分别对每个测试项目进行详细讨论。

测试的注意事项

a：在 CTS1.1 规范中是采用探头插在夹具的方 PIN 的针脚上的方式捕获信号的，但随着数据传输率的提高，这种方式由于连接的电感效应给信号带来的过冲变得越来越明显，影响到眼图和过冲等参数测试的准确性，在 CTS1.2 的规范中开始采用 SMA 的连接方式，这种连接方式可以保证比较好的信号完整性。

b：由于 TMDS 信号是有 3.3V 的共模偏置电压的，在实际工作的时候，TMDS 信号在 Sink 接受端会有 3.3V 的共模上拉来进行偏置的匹配，如果没有上拉匹配的话，Source 端将认为没有 Sink设备与其连接，所以在测试的时候必须在外部强行将信号进行上拉至 3.3V。

c：在下图中还有一个 EDID Emulator 的设备，它的作用是模拟一个支持各种分辨率的 Sink 设备，在 EDID Emulator 的 EEPROM 中会根据 HDMI 的协议预先设置好各种分辨率的信息，以使支持不同分辨率的 Source 设备均可以找到与之匹配的 Sink 设备，从而发送不同速率的信号以供测试。如果没有 EDID Emulator，当夹具插到 Source 设备的输出端后将看不到任何信号输出。

测试指导

针对 HDMI Source DUT 进行物理层一致性测试，有以下几点需要注意：

1.需要知道 DUT 支持的视频格式，比如分辨率、刷新率、色深等;

2.可以通过外接高分辨率显示器去观察两者匹配的视频格式;

3.如果 DUT 可以支持超过显示器能力的视频格式，通常显示就黑屏了，比如如下几种7680x4320;

4.如何利用测试夹具、EDID/SCDC 模拟 sink 针对 Source DUT 进行测试，请参考如下组网环境;

5.针对 HDMI1.4、2.1 TMDS/FRL 不同标准、多种视频格式手动测试非常繁琐，可以参考如下设置进行自动化测试;

6.该 DUT 可以支持 FRL 速率，如下是 Data lane 产生的 1.5G、3GHz、4GHz、5GHz、6GHz 的奈奎斯特信号;

数据信号测试眼图如下：

这里使用的是 D9021HDMC软件，很贵。如果没有购买，HDMI信号能测吗？使用软件，最大的好处就是自动化跑程序，不用自己去判断结果，也不要自己去Cursor一项项手工量测。所以，没有买软件一样可以测试。发出波形后自己叠个眼图就可以了嘛。再自己画个Mask模板进去，这里偷懒了，肉眼可见的Pass，没有放Mask进去。

重点来了，测这些真的解决问题吗？

看你做什么产品了，如果一直是跟着大厂走，你可能很少遇到问题，如果自主设计比较复杂，遇到问题那就是家常便饭。

举个栗子：

一个产品出现花屏，各种色斑频闪。

这是HDMI信号转LVDS信号到显示屏的。

只有A家显卡有这个问题，测试HDMI信号如下图所示：

似乎没看出什么问题，但是当我们降低电压幅度后，如下图所示：

花屏现象消失，显示恢复正常。

B家显卡没有问题，自始至终显示正常，可惜只能用A家出货

测试B家显卡HDMI信号如下：

A家显卡降低电压后眼图明显不如B家显卡，但是问题现象消失，那不关信号质量的事额，说明电压幅度是本题关键，可是找谁说理去？转换芯片没有给出这个要求，不测试能找到问题吗？

不要只盯着协会的一致性测试看，那都是大厂要求。寻常百姓家，测试的目的就是找到问题，解决问题。

　　审核编辑：汤梓红