HDMI的发展历史简介

高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface）是一种全数字化的音视频传输接口，广泛应用于电视机、播放器、个人电脑、数字音频等消费电子产品设备。 HDMI接口支持高分辨率视频流和高保真音频流的传输，大大降低了布线的复杂性。

2002年4月，由日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝等七家公司组成（习惯上简称“7C”） ”）他们共同成立了 HDMI 高清多媒体接口接口组织，即 HDMI 协会。同年12月9日，HDMI 1.0版本标准正式发布，标志着HDMI技术正式进入历史舞台。

HDMI F或um, Inc. 2017

在从HDMI1.0到HDMI2.1的发展过程中，HDMI的组织发生了一系列的变化。早期的HDMI1.1~1.4b是由7C制定的，负责HDMI官方规范的定义和制定以及一些许可证的授权。

2011年HDMI1.4b之后，出现了HDMI Forum，这是一个比较开放的组织Forum，拥有80多个成员。是德科技也是技术工作组和测试组的重要成员。

HDMI论坛于2013年发布了HDMI2.0规范，数据速率从3.4Gbps/lane提升到6Gbps/lane，可支持4K@30Hz和4K@60Hz高清显示。

但随着更丰富的电视和游戏内容的出现，消费者的期望已经从超高清 4K 显示器提高到更精细的图像细节和更广泛的色彩范围。为了向数字电视和日益流行的基于 HDMI 的源设备提供高质量的内容，HDMI 论坛于 2017 年发布了 HDMI 规范 2.1 版本，增加了 FRL（Fixed Rate Link）模式以支持8K@60Hz 和 4K@120Hz，带宽增加至 48Gbps。具有更高的视频分辨率、更真实的色彩和亮度、更高质量和更复杂的音频格式以及更流畅的游戏体验。

HDMI版本也在不断升级，从最初的V1.0到最新的V2.1。比较典型的版本有V1.4b、V2.0和V2.1。各版本支持的最大速率、时钟频率及压缩格式请参考下表：

由于速度的提高，HDMI2.1 Cat 3 电缆规格与 1.4b Cat 2 进行比较。 HDMI 2.1 的延迟差（时滞）规格比 HDMI1.4b 和 2.0 更为严格。因此，HDMI 2.1协会针对Calbe和Connector制定了特殊规范。符合性测试规范（CTS），规范要求线缆必须通过HDMI论坛授权测试中心（ATC）的认证，并且每个型号线的每个长度都必须经过认证，特别强调放置在 3 类电缆上，目的是确保良好的信号完整性并降低 EMI。

对于HMDI一致性测试，主要包括TX发送器一致性测试、RX接收器一致性测试、链路互连Cable和Connector一致性测试以及eARC增强音频返回一致性测试。

整体测量解决方案包括基于高性能示波器的Source发射机和eARC测试、基于AWG 8195A的接收机Sink测量以及基于网络分析仪的链路。互连性的表示。

是德科技拥有一整套 HDMI 自动化解决方案。首先我们从发送端来介绍一下。

三

HDMI2.1 TX端一致性测试

从连接图可以看出，HDMI2.1发射端的主要测试配置如下：

仪器描述 数量

示波器Keysight V/Z/UXR 系列 BW≥20GHz1

探头/电缆 三模 N7003A 或 N7010A+SMA 电缆4

测试治具 HDMI2.1-TPA-P1

测试控制器 EDID/SCDC 控制器1

一致性测试软件D9020HDMC1

测试配置选择

示波器选择

根据HDMI2.1 CTS规范，选择带宽至少为20GHz的示波器。

Keysight DSAV204A、DSAZ204A 和 UXR0204A 三台示波器可以满足测试要求。

其中，UXR系列采用10bitADC。与前两款相比，它具有更高的ADC位数和本底噪声，这将带来更高的测量精度和更多的余量。

探头和探头尖端的选择

除了示波器之外，还有多种 HDMI2.1 FRL 测试探头和探头前端选项：

• N7003A+N5444A 组合

N7003A 探头

N5444A SMA 探头

N7003A 探头的带宽为 20GHz，采用 InfiniiMode 技术。三态探头可用于单端或差分用途。只需更改其设置，即可测量差分信号、单端 A 或 B 信号以及差分信号的共模分量。极大扩展了测量功能和可用性。

N5444A 探头提供 28 GHz 带宽，接口为 InfiniiMax III 2.92 mm/3.5 mm/SMA 同轴接口。

对于 HDMI2.1 FRL 测试，N7003A+N5444A 组合连接后即可测试所有测试项目。当然，如果Data3用作CLK，则需要重新连接。

如何实现一次连接测量所有项目？从下图可以看出，差分信号采用单端连接。 D0+连接CH1的A，D0-连接CH3的A，D1+连接CH1的B，D1-连接CH3的B，其他数据通道连接方法类似...这种连接方法是用于实现单端和差分信号的自动化测试。由于连接方式为单端，因此可以直接进行单端测试，而差分测量则通过示波器CH1-CH3或CH2-CH4进行。意识到了。

• N7010A+SMA 电缆组合

N7010A 适配器

SMA 电缆

N7010 适配器 + SMA 电缆的组合，这种组合是成本最低、噪音最小的经济解决方案。 N7010A 适配器具有 30G 带宽，并具有内部电阻器上拉至 3.3V。无需通过电源连接。但缺点是一次只能测试两个数据，需要重复连接。

连接方法如下：

为了避免重复连接的复杂性，提高测试效率，可以借助BIT 2100矩阵开关实现自动切换。 CH1&CH3 连接到 data3。因为TMDS时data3连接到CLK，所以必须连接，然后其他数据连接为CH2&CH4，软件自动切换到其他数据，实现自动化测量。

但这种矩阵开关的引入会影响测试精度，因此需要测量S参数，然后进行去嵌入。

注：目前业界应用最广泛的方案是第一个自动化测试方案N7003A+N5444A。

测试夹具的选择

可用于HDMI2.1测试的TPA-P治具的主要制造商有Wilder、BIT和Luxshare。夹具形状如下：

维尔德 HDMIA2.1-TPA-P

位 BIT-1010-0400-0

立讯精密TFH-08P1U

Keysight HDMI2.1一致性测试软件D9021HDMC支持这三种夹具类型，客户可以自行选购。

EDID/SCDC 控制器

EDID/SCDC 控制器 有两个用途。一是能够模拟任何显示设备，二是写入和读取SCDC值以设置测试条件并提供被测设备发送消息来模拟真实的链路环境。

EDID/SCDC控制器的制造商有很多，包括Wilder、Allion、Vprime等。推荐使用Allion Labs AJSC-1控制器，可配合Keysight自动化测试软件实现全自动测量。

测试点的选择

所有高速数字总线都会标有测试点，HDMI2.1也不例外。由于不同测试点的链路衰减不同，所有协会规范都会要求所有制造商在要求的测试点进行测量。对于 HDMI 一般而言，TP1 的测试点位于 Source 输出端的端口位置，TP2 的测试点通过 Cable 链路位于 Sink 端的输入位置。

眼图测试规范要求测试位置为TP2_EQ，即信号采集点仍然是TP1，然后通过Cable模型的embedding模拟到TP2的位置，然后对TP2位置的信号进行处理进行EQ均衡处理，测试眼位置为图：

关于电缆模型，规范定义了两种模型，即三类最差电缆模型（WCM3）和三类短电缆模型（SCM3）。两种电缆模型都需要对真实环境条件进行测量和模拟。

同时还定义了两种均衡，即1db~8db的CTLE和一阶25mv的DFE。

DFE 仅在 12Gbps 数据速率下使用。 12Gbps SCM3S 型号和 3/6/8/10Gbps 速率仅使用 CTLE 均衡。 1db CTLE 用于 SCM3S 型号，8db CTLE 用于 WCM3S 型号。

测试图案说明

HDMI2.1 FRL 添加了链路传输模式 (LTP)。以前，在HDMI2.0和HDMI1.4中，我们会设置分辨率并找到一些同步帧进行测试，但HDMI2.1 FRL需要针对不同的测量项目发送不同的测试模式，这样具体的模式就不会影响抖动和其他测试。

HDMI2.1 FRL使用的链路训练模式（LTP）如下：

规范共定义了9种测试模式，分别是LTP1~LTP8测试模式：

LTP1：全1的模式----全“1”的模式

LTP2：全0模式----全“0”模式

LTP3：时钟模式----时钟模式

LTP4：128 zeros 后面跟着 128 个 ----128 0&128 1 重复模式

LTP5~8：4096个FRL字符ac的预定义序列---- prbs伪随机模式

不同的测量项目需要发送不同的LTP，并且HDMI2.1 FRL测试还定义除了待测试的lane（Victim Lane）发送相应的码型外，其他lane（Aggressor Lane）也需要发送相应的码型。相应的代码模式。主要考虑不同车道间串扰的影响，具体见下表：

测试 ID 描述测试

PointVictim

车道侵略者

巷子

HFR1-1DC共模TP1LTP5/6/

7/8LTP5/6/

7/8

HFR1-2VSE_Max、VSE_MinTP1LTP5/6

/7/8LTP5/6/

7/8

HFR1-3TRise、TfallTP1LTP4LTP2

HFR1-4线对间偏移TP1LTP5/6/

7/8LTP5/6/

7/8

HFR1-5FRL 速率TP1LTP3LTP2

HFR1-6随机抖动TP2_EQLTP3LTP2

HFR1-7数据通道眼图ramTP​​2_EQLTP5/6/

7/8LTP5/6/

7/8

HFR1-8AC 共模噪声TP1LTP5/6/

7/8LTP2

HFR1-9FFE 单调性TP1LTP4LTP1

了解完LTP码类型后，我们来解读一下HDMI FRL的测量项目。

对于HDMI FRL测量，协会共规定了9个测量项目，包括9个Test ID，即HFR1-1~HFR1-9。

HFR1-1：

直流共模测试 直流偏压测试

目的是验证差分信号的直流偏置电压。规范要求偏置电压在AVcc-800mV~AVcc+30mV之间。这里的AVcc为3.3V，所以2.5V~3.33V为判断条件，测试点位置为TP1。如果偏置电压太大，可能会出现串扰、EMI等问题。

HFR1-2：

VSE_Max、VSE_Min 单端信号的最大值和最小值

目的是验证差分信号中data+和data-两个单端信号的最大值和最小值。规范要求最大值和最小值与HFR1-1直流偏置电压的测量结果相关，范围为“直流偏置电压±375mV”，测试点位置为TP1。因此，如果测量结果失败，需要检查HFR1-1的测量结果是否正确。

HFR1-3：

上升/下降压摆率 上升/下降压摆率测试

目的是验证单端信号的上升和下降斜率的速度。规范要求最大为 16mV/ps (20%~80%)。测试点位置为TP1。被测通道发送LTP4长1长0模式，共测量128个“1”和128个“0”。如果上升/下降斜率太快，可能会出现辐射效应。

HFR1-4：

Inter-Pair Skew 线对间时延差测试

目的是验证不同车道之间的Differential Delay差异。规范要求不能大于4Tbit（Tbit是1bit的时间宽度，即UI）。测试点位于TP1。通道间时延差异过大会导致传输信号对组合不正确，从而导致传输报文错误。

HFR1-5：

FRL Rates速率准确度测试

目的是验证实际测量的 FRL 速率相对于标准速率的准确性。规格要求±300ppm。测试模式使用LTP3，它是“0”和“1”交替的时钟模式。其他通道发送LTP2（全“0”代码），测试点位于TP1。如果数据速率精度出现问题，将会导致整个链路传输的不稳定。

HFR1-6：

Random Jitter 随机抖动测试

目的是验证在外推捕获BER 10-的情况下，随机抖动的峰峰值不能大于0.2Tbit（Tbit是1bit的时间宽度，也就是总线的UI） 6 至 BER 10-10。需要排除 RJ 测试。数据相关的抖动成分如ISI码间干扰的影响，所以测试码型为LTP3，即“0”和“1”交替的时钟码型，其他lane发送LTP2（全“0”码型） ，规范要求1E-10≤0.2Tbit，测试点位于TP2_EQ。如果RJ太大，会导致系统不稳定，信号传输异常。

HFR1-7：

数据通道眼图 眼图测试

目的是验证在使用最差电缆模型和短电缆模型时，通过适当的CDR和均衡，接收端在不接触眼图模板的情况下仍能满足眼高和眼宽要求。

眼图测量是各个测量公司的重点和难点，因为眼图测试规范要求用​​示波器探头单端引入，嵌入最差的电缆模型，同时嵌入。

下图是不同速度下对眼高和眼宽的要求：

每个数据通道都会有两个眼图，一个是最差电缆模型下的眼图：

一是短电缆模型眼图：

HFR1-8：

交流共模噪声 交流共模噪声测试

目的是验证交流共模噪声是否在规格要求范围内。规范要求标准摆幅为1V时，噪声不能超过±15%，即150mV。被测车道发送LTP5~8，其他车道发送LTP2码型。测试点位置在TP1，以确保共模噪声引起的辐射受到限制。

HFR1-9：

FFE 单调性 FFE 单调性测试

目的是验证四阶FFE是否单调递增。被测车道发送LTP4码型，其他车道发送LTP2码型。该测量项目具有信息性。

上述测量项目需要调用不同的电缆型号以及不同的CTLE和DFE组合。同时，被测试的数据通道发送特定的码型，其他数据通道也需要发送相应的码型进行测试。如果手动测量就很麻烦。是德科技提供自动化一致性测试软件 D9021HDMC，可以帮助您提高测试效率并避免测试方法误操作。同时，自动测试完成后会生成完整的测试报告。

四个

HDMI2.1 3 类电缆和连接器测试

HDMI 2.1 引入了新的 3 类电缆和连接器功能。新型 SuperSpeed HDMI 电缆每通道支持 12 Gbps 带宽，以支持未压缩的 HDMI 2.1 功能。该电缆还具有非常低的 EMI 辐射，并且向后兼容 HDMI 规范的早期版本，因此可以与现有 HDMI 设备一起使用。下图是规范要求的测试点。

同时，Cable&Connector的CTS规范还制定了Cable3的测试内容，分别为Test ID HFR6-1~ 3。验证测试连接器是否满足差分阻抗要求、衰减（差分插入损耗）和衰减-串扰比率（远端）要求。

测试ID HFR6-1：配对连接器差分阻抗edance

测试 ID HFR6-2：配对连接器衰减（差分插入损耗）

测试 ID HFR6-3：配对连接器衰减与远端串扰比率

对于电缆和连接器测量，是德科技推荐两种解决方案：

1. 使用E5080B 4端口网络分析仪进行测量。该产品具有出色的动态范围、微量噪声和温度稳定性。连接方法如下：

基于E5080B的HDMI电缆/连接器测试解决方案

由于 HDMI2.1 共有 4 对差分通道，即 8 根电缆，发送器和接收器两侧总共 16 根电缆，因此 E5080B 需要连接 15 次才能测量所有 4 个差分通道。测试时间约为90分钟，但由于E5080B还具有其他优异的特性功能，因此它仍然是业界广泛使用的主要解决方案。

2. 另一种解决方案是使用 Keysight M937x PXI 多端口矢量网络分析仪 (PXI VNA)。

PXI VNA 支持完整的 16 端口 VNA 测试，只需一个连接即可测量所有四个差分通道。通过单一连接，该解决方案可提供更可靠的测试结果，减少操作员错误，并延长系统配件的使用寿命。测量大约可在 15 分钟内完成。

使用 Keysight M937x PXI VNA 的 HDMI 电缆组件测试装置

连接线的TPA线夹，立讯精密、Bitifeye、Wilder都有，客户可以选择购买。

五

HDMI2.1 Sink端一致性测试

ReceiverSink端主要是电视、显示器、投影仪等设备，需要使用压力损坏合成的测试信号来测试系统的Jitter Tolerance。

HDMI FRL规范中定义测试宿端的测试ID如下：

主要测量差分电压的摆幅容差、差分对内和通道间的时滞、最小链路速率的容差以及抖动容限。

在实际操作中，不可能通过穷举的方法进行测试，因此需要使用标准信号源设备发出标准信号，并合成规范定义的校准信号损坏类型和数量，例如水平抖动分量包括随机抖动。测试过程中，不仅可以根据测试数据对各种损伤成分的幅值、频率等参数进行设置和校准。规范要求，但接收端系统的最大容差（Tolerance）也可以通过加重损伤幅度来检测。 ），这个测试过程就是RX测试中的Jitter Tolerance测试，这个综合各种损伤的信号称为Stress测试信号。

Keysight HDMI 接收器测试解决方案的核心基于 M8195A AWG 和 N5991A Bitifeye Software 测试自动化软件。

M8195A 任意波形发生器 (AWG) 提供高达 65 GSa/s、25 GHz 模拟带宽、8 位垂直分辨率，并在 1 插槽模块中同时提供多达 4 个通道。可用于将多个 M8195A 模块与一个 M8197A 模块同步，延迟精度为 ±20ps。

在之前的HDMI1.4和HDMI2.1 TMDS测试中，我们需要人眼观察色条来判断是否有异常，如下图：

之后，N5991A自动化软件会提示彩条是否有异常，并在工程师的配合下，解读测试结果是否为Pass。

HDMI2.1 FRL测量时不再通过人眼观察色条，而是通过EDID/SCDC读取被测设备的芯片寄存器来检查误码率控制器。

六

HDMI eARC 物理层测试解决方案

eARC 功能可实现从 HDMI 接收器到相邻 HDMI 源/中继器的音频流，且方向与视频信号相反。 eARC 功能对 H14b 音频回传通道 (ARC) 进行了改进，以跟上音频编解码器的变化，特别是包括新的基于对象的音频编解码器、Dolby Atmos 和 DTS:X。

data通道是从source到sink，但是Audio通道是从sink到source，即sink是eARC的TX，source是eARC的RX，通过HPD和Utility来传输pin。

是德科技提供基于 V、Z 和 UXR 系列示波器、81160A 函数发生器以及 BitifEye 测试软件和分析仪的 eARC TX 和 RX 一致性测试。

HDMI2.1 eARC 是德科技测试配置

81160A 函数发生器生成差分数据信号，DSGA（动态序列发生器和分析器）器件生成共模信号，该信号叠加在差分数据信号上。 DSGA和被测设备具有链路协商机制，并通过共模探测板夹具共享共模信号。模式提取端口连接到 DSGA 端口，示波器测试引入的信号以进行眼图模板测试。

总结

综上所述，本文简要介绍了HDMI的发展历史，详细分析了最新版本的HDMI2.1 FRL的变化，重点介绍了HDMI2.1 FRL的测试内容和方法，全面讲解了HDMI源端和接收端、传输电缆和连接器以及 eARC 完整解决方案。同时是德科技提供完整的HDMI测试解决方案，这些解决方案已经过实践验证，具有优异的性能。

责任编辑：haq