在HDMI2.1源端測試中，示波器模擬了sink的行為，提供了端接電阻和端接電壓。EDID仿真器模擬sink的EDID，提供分辨率/速率信息，HDMI2.0的EDID仿真器也提供SCDC信息，完成與source的溝通，使source輸出需要TMDS信號。測試項目分為單端信號測試和差分信號測試，對應(yīng)的連接方式分別為單端連接和差分連接，用于采集單端信號和差分信號，以便完成相應(yīng)的測試項目。
HDMI1.4b/2.0的測試難點：
1)一些方案端接電壓需要外接電源提供，或者端接電壓不可調(diào)，無法驗證極限情況;
2)單端測試和差分測試信號采集需要更改硬件連接，過程繁瑣耗時;
3)測試信號速率隨著分辨率變化，需要手動設(shè)置分辨率，測試無法自動化;
這些問題在泰克HDMI2.1 FRL測試方案中都得到了完美的解決。
為了追求更好的視覺效果和體驗，人們不滿足于4Kp60Hz顯示分辨率，也在追求8Kp60Hz和4Kp120Hz的體驗。但是8Kp60Hz需要的帶寬約64G(RGB/YCbCr 4:4:4格式)，遠遠超過了HDMI2.0的支持范圍。所以HDMI協(xié)會增加HDMI2.1 FRL(Fixed Rate Link)模式，實現(xiàn)接口帶寬的增加，滿足8Kp60Hz需要。同時需要結(jié)合相應(yīng)的YCbCr 4:2:0編碼和視頻壓縮技術(shù)。
FRL模式如何實現(xiàn)帶寬的增加
FRL模式增加帶寬的常用方法有兩種，方法一：提升通道數(shù)據(jù)速率;方法二：速率不變時，增量通道數(shù)量。FRL模式這兩種方法都有使用。在保持HDMI物理接口不變的情況，每個通道支持的速率增加到了12Gbps;另外，原來的TMDS Clock channel重定義為FRL Lane3(時鐘嵌入在數(shù)據(jù)流中);TMDS Data 0/1/2分別對應(yīng)FRL lane 0/1/2，如下圖所示，共計有4個數(shù)據(jù)通道。這樣就實現(xiàn)了最高48Gbps的帶寬。信號的編碼方式從TMDS的8b/10b改變?yōu)镕RL 16b/18b格式，編碼效率更高。
FRL mode可以分為兩種模式：3 lanes工作模式下，僅僅支持3Gbps和6Gbps兩種速率;未使用的Lane3，source和sink都需要使用差分50Ω～150Ω端接。4 lanes工作模式下，支持6/8/10/12 Gbps 四種速率。
HDMI2.1源端測試
總的測試項目有9個，如下表所示，以測試Lane0為例。
?LTP1–All 1’pattern
?LTP2–All 0’pattern
?LTP3–Clock pattern
?LTP4–128 zeros followed by 128 ones pattern
?LTP5/6/7/8-Predefined sequence of 4096 FRL characters
1)測試信號是固定的碼型，測試共定義8種碼型Link training pattern 1～8，簡寫為LTP1～8。不像HDMI1.4b/2.0，對碼型沒有要求。
2)測試信號速率是固定的，不需要隨分辨率變化。
3)需要考慮其他lane的干擾，例如HFR1-1項目，測試Lane0時，需要Lane0發(fā)出LTP5碼型，Lane1/2/3分別發(fā)出LTP6/7/8的碼型， 測試方法更復雜。
源端測試的難點解決
·端接電壓的實現(xiàn)
泰克示波器和探棒，不需要外接電源，本身不僅可以提供標準的3.3V端接電壓，用于協(xié)會要求的一致性測試。在用戶自定義模式下，還提供可調(diào)的端接電壓，例如設(shè)置3.0V的端接電壓，用于驗證源端芯片在端接電壓變化時的情況。
·單端和差分信號的自動采集
對應(yīng)單端項目和差分項目，測試時需要分別采集單端信號和差分信號;在HDMI1.4b/2.0測試中，都是通過差分探棒采集差分信號;手動更改探棒硬件連接后，采集單端信號。更改連接繁瑣，無法自動化，造成了測試效率低。
泰克Tri-mode探棒(三模探棒)，在測試軟件控制下，交替工作在單端模式(A-GND和B-GND)，無需硬件連接的改變，可以實現(xiàn)8個單端信號的采集，再自動計算差分信號，從而實現(xiàn)了全部項目的自動化。除了三模探棒方案外，泰克還提供兩臺示波器級聯(lián)自動化方案，通過8個channel實現(xiàn)對8個單端信號的同時采集，測試效率更高。
·解決測試復雜化的問題
隨著速率的提升，HDMI規(guī)范定義新的均衡技術(shù)和cable模型，也造成了測試過程的復雜化。規(guī)范定義兩種Cable mode: Category 3 Worst Cable Mode(WCM3)和 Category 3 Short Cable Mode (SCM3)。兩種均衡：CTLE 1～8 dB和DFE 1-tap d1 value 25mV。
在TP1采集信號后，應(yīng)用cable模型，得到TP2位置的波形，再應(yīng)用參考均衡后得到TP2_EQ位置的波形。
眼圖計算方法更為復雜，既要考慮Cable模型的插入損耗，也要考慮其他數(shù)據(jù)線引入的串擾。
泰克方案針對以上情況，優(yōu)化了算法，測試時間短。
·測試速率和碼型自動切換
以前測試需要手動更改分辨率，才能實現(xiàn)測試信號速率的變更?，F(xiàn)在泰克通過測試軟件與EDID/SCDC模擬器的配合，在SCDC(Status and Control Data Channel) offset 0x31中FRL_Rate設(shè)置測試信號速率，在offset 0x41/42中為每個Lane設(shè)置碼型。實現(xiàn)了測試需要的速率和碼型的自動切換，實現(xiàn)了測試完全自動化，提高了測試效率。
泰克HDMI2.1 FRL自動化方案
配置一：DPO 70000 SX示波器級聯(lián)方案。兩臺DPO 70000 SX示波器，使用UltraSync cable同步級聯(lián)，可以把8個通道的skew調(diào)整到1ps內(nèi)，確保所有單端信號采集的同步性。同時采集8個單端信號后，再自動計算生成4對差分信號。測試過程不需要更改硬件連接，信號路徑衰減小，測試速度快，效率高。搭配EDID emulator，實現(xiàn)速率和碼型的自動切換。
配置二：DPO70000SX示波器搭配Tri-mode探棒。利用Tri-mode探棒的特性，在測試軟件控制下，交替工作在單端模式(A-GND和B-GND)，分次完成對8個單端信號的采集。測試過程也不需要更改硬件連接。連接示意圖如下，示波器會對探棒進行自動去嵌，消除探棒對信號的影響。兼顧了成本和效率，同樣通過EDID emulator實現(xiàn)自動化的測試。
示波器帶寬的考量
在HDMI2.1規(guī)范中推薦示波器帶寬是23GHz或者以上。出于成本考慮，大家也許會問，16GHz或者20GHz帶寬的示波器可以嗎?一方面可以從上升時間和帶寬的角度來看，HDMI2.1信號允許的最快上升時間22.5ps(20%-80%)。示波器測量到上升時間可以用如下公式計算：
從上表可以看到帶寬越高，上升時間的測量誤差就越小。從帶寬角度看，示波器的帶寬定義是示波器觀察到的正弦波幅度衰減-3dB的頻率。在實際測試過程中，非正弦波信號需要考慮3次～5次諧波。HDMI2.1信號速率最高12Gbps，基頻是6GHz，3次諧波頻率是18GHz，16GHz帶寬的示波器測量到3次諧波成分會被衰減超過-3dB。另一方面被測HDMI2.1 DUT的FRL最高速率沒有達到上限12Gbps的話，可以按照上面的計算方法實際評估示波器的帶寬需求。
簡單來說，為了保證更好的測量精度以及測試的合規(guī)性，示波器的帶寬越高越好。
總結(jié)
泰克示波器利用通道可調(diào)端接電壓，Tri-mode探棒的單端特性/示波器級聯(lián)特性，以及與EDID/SCDC模擬器配合，實現(xiàn)了HDMI2.1 FRL源端測試的真正自動化，提高了測試效率。專門針對FRL信號的優(yōu)化算法，加快了測試速度。從而幫助客戶快速驗證HDMI2.1產(chǎn)品，加速客戶產(chǎn)品市場化的過程。
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