HDMI符合性测试的常见失败分析

 　　自从几年前HDMI标准发布以来，它已经获得了广泛的应用。为了贴上HDMI的标志，所有的HDMI产品必须通过HDMI符合性测试(HDMI CT)。为了节省时间和金钱，消费者们应该在把产品送往授权测试中心(ATC)进行认证之前预先测试他们的HDMI产品。根据在模拟器件公司的HDMI CT实验室所进行的无数预先测试的经验，本文讨论造成产品无法通过HDMI CT的、最为常见的系统设计问题。它还分析特定情形的各种失败并提供解决方案。
　　对HDMI符合性测试的常见失败的分析
　　几乎所有的设备，包括电视机和DVD播放机，第一次均无法通过测试。大多数失败均与系统设计以及PCB布局布线有关。为了通过HDMI CT，有时候需要特殊的功能。例如，高分辨率内容保护(HDCP)可能需要在源设备中被使能或取消使能。为了设计符合HDMI的产品，IC和系统设计以及制造公司均必须完全掌握HDMI规范。下面就是解决这些问题时遇到的最为常见的失败以及推荐解决方案。
　　1. EDID测试
　　源端设备被要求支持“增强DDC”规范。这意味着源端需要能够利用“段指针0x60”在256字节之后读出EDID信息。在大多数情况下，仅仅256字节被用于EDID，但是，HDMI CT需要核查系统是否能够读4个模块(每个模块126字节)，总共512字节。为了通过HDMI CT，对于段指针来说，这是非常重要的。
　　2. HDMI发送器的5V电源
　　一些客户串联连接一个电阻或二极管以限制5V输出的电流。在HDMI CT中，测试HDMI Tx的5V电源需要在测量期间从+5V电源吸取55mA的电流。这可能造成测试失败，因为电源输出需要在4.8V至5.3V之间才能通过。图1显示了当连接一个10欧电阻时，输出下降至4.45V，从而导致这一测试失败。
　　V = 5 " (10-0.055) = 4.45V < 4.8V

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　图1：当连接一个10欧电阻时，输出下降至4.45V，从而导致这一测试失败。

3. HDMI Tx DDC/CEC线测试
　　至关重要的就是正确地连接消费电子控制(CEC)线(HDMI连接器的第13引脚)。如果系统被设计为不支持CEC功能，设计工程师可以把线留为悬空。人们有时候想把CEC线连接至视频信号处理(VSP)芯片的通用目的I/O，从而容许后续可能需要的扩展。那时，设计工程师必须确信连接满足HDMI CT的准则，包括保持最大DDC线电容小于100pF。
　　4. 所需要的视频格式要支持HDMI源端设备
　　HDMI规范要求所有HDMI源必须支持下列格式之一：640-480p@59.94/60Hz、720-480p@59.94/60Hz或720-576p@50Hz。当设计HDMI源时，另一个要求有时被忽视了，那就是如果在源端设备上的任何YPbPr或其它非压缩数字端口能够支持下列格式，那么，在同一源端设备上的HDMI端口也能够支持它们：
　　1280 - 720p @59.94/60Hz
　　1920 - 1080i @59.94/60Hz
　　720 - 480p @59.94/60Hz
　　1280 - 720p @50Hz
　　1920 - 1080i @50Hz
　　720 - 576p @50Hz
　　5. HDMI源(HDMI Tx)于DVI接收端(DVI Rx)之间的兼容性
　　HDMI规范要求所有HDMI源兼容接收端设备，这些接收端设备兼容DVI 1.0。当一个HDMI源被连接至DVI接收端时，它必须满足下列要求：
　　所发送的视频格式为RGB；
　　无视频保护频带被发送；
　　无数据岛被发送；
　　当源端设备检测到接收端的插入时，它应该假设接收端就是一台DVI设备。与此同时，源端将核查接收端的EDID是否包含CEA扩展且CEA扩展是否包含具有有效长度的针对特定供应商的数据块(VSDB)。如果两个条件均为真，那么，源端将确定所插入的接收端就是一个HDMI设备。
　　6. 对HDMI接收器(Rx)的EDID测试
　　这一测试的失败率相当高。正因为如此，设计工程师应该自己熟悉最新的HDMI规范的EDID要求。下面列出了一些造成失败的常见错误：
　　I. 在EDID的头128个字节，必须提供“监视器范围限制报头”和“监视器名称报头”。这两者均是18字节。如果这两个字节当中的任何一个小于18字节，那么，它必须由0x20填充且由0xA0结尾。
　　II. 在EDID中“短视频描述符”与“性能声明形式(CDF)”之间所支持的视频格式的矛盾。在CDF中所公告的任何格式也必须在EDID的SVD中列出。

为了简化系统的设计，一些设计工程师把HDMI输入的+5V电压通过一个1K电阻直接连接至HDMI Rx的HPD引脚。在这样的设计中，EDID EEPROM不能被读出且HPD引脚电压可能当系统进入待机模式或当交流电源被移除时保持为高。这会造成HDMI CT的失败，因为HDMI符合性测试规范要求EDID必须可被访问且当HPD引脚电压为高时能被读出，即使当交流电源被移除且系统进入待机模式时。在后续部分给出的一个样本参考设计电路解决了这个问题。
　　7. HDMI Rx TMDS差分阻抗
　　大量的设备无法通过这个测试，即使不少系统设计工程师意识到需要采用输入差分阻抗。在大多数时间里，系统之所以无法通过这个测试是因为来自输入ESD保护器件或EMI扼流圈的大寄生电容。高速信号ESD保护器件的大多数制造商向他们客户提供具有阻抗特性的系统PCB布局布线的参考设计。这就是系统的PCB布局布线影响测试结果的测试之一。如果测试失败，客户需要重新设计PCB。这就会影响生产进度以及上市时间。
　　请注意：在HDMI CTS V.1.3中，通过这个测试的准则与HDMI CTS V.1.2不同。与在过去的CTS中一样，直通连接的阻抗的符合数值仍然是100Ω +-15%，但是，一次漂移被容许为100Ω+-25%且持续时间小于250ps。
　　8. HDMI Rx DDC/CEC线电容和电压
　　因为用于电压电平转移的MOSFET存在大电容，这是最频繁失败的测试之一。为了避免失败，在DDC线上推荐采用Ciss和Coss小于10pF的MOSFET。
　　9. HDMI Rx CEC线连接性
　　当HDMI系统具有多个HDMI输入时，HDMI规范要求—对于不独立的CEC线—来自所有HDMI输入的CEC线以及单一HDMI输入(如果存在的话)被连接起来。对这个测试的CTS要求为小于5欧。即使不支持CEC的系统仍然被要求与输入CEC线互连。
　　10. HDMI Rx HPD输出电压
　　一些客户采用如图2所示的电路，以利用来自HDMI连接器的5V且采用VCC为HPD所需要的5V电压供电。这就违反要求，即当HDMI 5V输入在0V时，HPD电压应该高于0V且低于0.4V。解决这个问题的最简单的方法就是在HPD引脚串联一只1K电阻。如图3所示的简单开关电路工作良好。其功能就是控制HPD引脚且当下行Rx准备就绪或如果源端应该重新开始某些行动—如高清晰度内容保护(HDCP)证明—时告知源端。这一功能极大地改进了系统的兼容性。

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图2：HPD输出电压。

采用来自HDMI连接器的5V及VCC为HPD所需要的5V电压供电，这违反了HDMI CT的要求。

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图3：HPD输出电压。

把一个1K电阻与HPD引脚串联解决这个问题。
　　11. HDMI Rx video format support
　　11. HDMI Rx视频格式支持
　　这一测试项目的常见失败就是一些系统不满足“所有的HDMI接收器必须能够接收640 - 480p @59.94/60Hz格式”的要求。为60Hz视频设计的系统必须能够支持720 - 480p @59.94/60Hz的输入格式，而为50Hz视频设计的系统必须还能够支持720 - 576p @50Hz输入格式。对于在ADI实验室进行测试的源端设备，不少客户没有注意到对支持640-480p视频格式的要求。
　　这一测试中另一个常见失败就是对视频格式的时序变化容差小。这个测试应该覆盖所有业已支持的视频格式。要求支持50Hz的系统能够容许49.75至50.25 Hz (50+-0.5% Hz)的时序变化。支持59.94或60Hz的系统要容许59.94"0.5%Hz (59.64Hz)和60+0.5%Hz (60.3Hz)之间的时序变化。
　　在过去的6-9个月中，无线转发器设备快速增长。HDMI Licensing LLC为这类无线电设备发布了测试指南。如果无线电转发器支持高带宽数字内容保护(HDCP)，那么，各种设备必须被测试为HDMI转发器。如果设备不支持HDCP，那么，它们能够被测试为转发器或者作为独立的源和接收器。如果无线电设备是CEC根设备，那么，“物理地址”测试可以被放弃。
　　本文小结
　　如上所述，为了确保产品符合HDMI规范的要求，通过HDMI CT是根本和重要的步骤。它还极大地帮助改善来自不同制造商之间的各种产品的互操作性。为HDMI CT的最常见失败提供解决方案，不仅仅向消费电子的消费者提供高质量的HDMI接口产品，而且有助于他们设计高度兼容的系统。