HDMI兼容性測試的常見(jiàn)故障分析

自從HDMI標準于數年前發(fā)布以來(lái)，這項標準已經(jīng)得到了廣泛的采用。為了貼上HDMI標志，所有HDMI產(chǎn)品都必須通過(guò)HDMI兼容性測試(HDMI CT)。而為了節省時(shí)間與金錢(qián)，客戶(hù)在將其HDMI產(chǎn)品送到授權測試中心(ATC)進(jìn)行認證之前，應當進(jìn)行預測試。本文根據ADI公司HDMI CT實(shí)驗室進(jìn)行眾多預測試獲取的經(jīng)驗，討論導致產(chǎn)品HDMI兼容性測試失敗的最常見(jiàn)系統設計問(wèn)題。另外也會(huì )分析特定的故障情況，并提供解決方案。

HDMI兼容性測試的常見(jiàn)故障分析

幾乎所有的設備，包括電視機和DVD機在內，都并非第一次就通過(guò)認證測試。其中大多數故障與系統設計和PCB布局布線(xiàn)有關(guān)。為了通過(guò)HDMI兼容性測試，有時(shí)候需要一些特殊的功能。例如，可能需要在來(lái)源設備中啟用或禁用HDCP（高清內容保護）功能。為了設計符合HDMI標準的產(chǎn)品，IC和系統設計公司以及制造商都必須充分了解HDMI規范和兼容性測試規范(HDMI CTS)。以下列舉了最常見(jiàn)的故障以及相應的建議解決辦法。

EDID測試

來(lái)源設備必須支持“增強型DDC”規范，這意味著(zhù)來(lái)源設備必須能夠利用“段指針0x60”來(lái)讀取256字節之后的EDID信息。大部分情況下只有256字節用于EDID，但HDMI兼容性測試要求檢查系統能否讀取4個(gè)模塊（128字節/模塊），即總共512字節。為了通過(guò)HDMI兼容性測試，段指針必須滿(mǎn)足這一要求。

HDMI發(fā)送器(Tx)的5V電源

有些客戶(hù)利用一個(gè)串聯(lián)電阻或二極管來(lái)限制5V輸出的電流。在HDMI兼容性測試中，HDMI Tx的5V電源測試要求從+5V電源引腳吸取55mA電流。這可能引起測試失敗，因為電源輸出必須介于4.8V至5.3V之間才能通過(guò)。圖1顯示，當連接一個(gè)10Ω的電阻時(shí)，輸出降至4.45V，因此沒(méi)有通過(guò)測試。

圖1 +5V電源 當連接一個(gè)10Ω的電阻時(shí)，輸出降低，導致測試失敗

HDMI Tx DDC/CEC線(xiàn)測試

必須正確連接消費電子控制(CEC)線(xiàn)（HDMI連接器的引腳13）。如果系統在設計上不支持CEC功能，設計師可以讓該連線(xiàn)懸空。有時(shí)候，人們想將CEC線(xiàn)連接到視頻信號處理(VIP)芯片的通用I/O來(lái)支持未來(lái)可能的擴展。這種情況下，設計師必須確保該連接滿(mǎn)足HDMI兼容性測試準則，包括使DDC線(xiàn)最大電容小于100pF。

HDMI來(lái)源設備需支持的視頻格式

HDMI規范要求所有的HDMI來(lái)源設備必須支持下列格式之一：640480p@59.94/60Hz、720480p@59.94/60Hz¼或720576p@50Hz。設計HDMI來(lái)源設備時(shí)，有時(shí)還必須注意另一個(gè)要求：如果來(lái)源設備上任何一個(gè)YPbPr或其他非壓縮數字端口能夠支持下列格式，則該設備上的HDMI端口也必須予以支持。

1280 720p @59.94/60Hz

1920 1080i @59.94/60Hz

720 480p @59.94/60Hz

1280 720p @50Hz

1920 1080i @50Hz

720 576p @50Hz

HDMI來(lái)源設備(HDMI Tx)與DVI接收設備(DVI Rx)之間的兼容性

HDMI規范要求所有的HDMI來(lái)源設備與兼容DVI 1.0標準的接收設備兼容。當HDMI來(lái)源設備連接到DVI接收設備時(shí)，必須滿(mǎn)足下列要求：

• 發(fā)送的視頻格式為RGB

• 不發(fā)送視頻保護頻段

• 不發(fā)送數據島(Data Island)

當來(lái)源設備檢測到有接收設備插入時(shí)，它應假定接收設備是DVI設備。與此同時(shí)，來(lái)源設備將檢查接收設備的EDID是否包含CEA擴展，以及CEA擴展是否包含具有有效長(cháng)度的VSDB（供應商專(zhuān)用數據塊）。如果都包含的話(huà)，來(lái)源設備將認定所連接的接收設備是HDMI設備。

HDMI接收器(Rx)的EDID測試

該測試的通過(guò)率非常低。所以，設計師自己應該熟悉最新HDMI規范的EDID要求。下面列舉導致失敗的一些常見(jiàn)錯誤。

I. 在EDID的前128個(gè)字節中，必須提供“監視器距離限制表頭”和“監視器名稱(chēng)表頭”，這兩個(gè)表頭均為18字節。如果任一個(gè)的內容短于18字節，則必須用0x20來(lái)填補，并以0xA0結束。

II.EDID中的“短視頻描述符(SVD)”與“能力聲明表(CDF)”支持的視頻格式不相符。CDF中聲明的任何格式都必須在EDID的SVD中列出。

為了簡(jiǎn)化系統設計，一些設計師通過(guò)一個(gè)1K電阻，直接將HDMI輸入端的+5V電壓連接到HDMI Rx的HPD引腳。在這類(lèi)設計中，當系統處于待機模式或者交流電源斷開(kāi)時(shí)，將無(wú)法讀取EDID EEPROM，HPD引腳電壓可能會(huì )保持高電平，這將導致HDMI兼容性測試失敗，因為HDMI兼容性測試規范要求在HPD引腳電壓為高電平時(shí)，必須能夠訪(fǎng)問(wèn)和讀取EDID，即使斷開(kāi)交流電源或者系統置于待機模式也是如此。在后面的部分中將提出解決這類(lèi)問(wèn)題的參考設計。

HDMI Rx TMDS差分阻抗

大量設備沒(méi)有通過(guò)這項測試，雖然大多數系統設計師都知道有關(guān)輸入差分阻抗的要求。絕大多數情況下，系統不能通過(guò)這項測試的原因是輸入ESD保護器件或EMI扼流圈的寄生電容太大。大部分高速信號ESD防護器件制造商都為客戶(hù)提供了具有阻抗特性的系統PCB布局布線(xiàn)參考設計。對于該測試，系統PCB布局布線(xiàn)將會(huì )影響測試結果。如果失敗，用戶(hù)則要重新設計PCB，這將影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品的上市時(shí)間。

請注意，在HDMI CTS V.1.3中，通過(guò)該測試的標準與HDMI CTS V.1.2不一樣。與以前的CTS一樣，直通連接的阻抗值要求仍然是100Ω±15%，但允許單次偏移的最大值/最小值達到100Ω±25%，不過(guò)持續時(shí)間短于250ps。

HDMI Rx DDC/CEC線(xiàn)電容和電壓

這項測試的失敗率最高，原因是用于電平轉換的MOSFET的電容太高。為了避免失敗，建議在DDC線(xiàn)上采用Ciss和Coss小于10pF的MOSFET。

HDMI Rx CEC線(xiàn)的連通性

當HDMI系統有多個(gè)HDMI輸入時(shí)，對于非獨立的CEC線(xiàn)，HDMI規范要求來(lái)自所有HDMI輸入（如有）的CEC線(xiàn)能夠與一個(gè)HDMI輸出（如有）相互連通。該測試的CTS要求小于5Ω。即便是不支持CEC的系統，也要求輸入CEC線(xiàn)能夠互相連通。

HDMI Rx HPD輸出電壓

某些客戶(hù)使用圖2所示的電路來(lái)利用HDMI連接器提供的5V電壓，并利用VCC為HPD提供所需的5V電壓。這就違反了規范的要求，即當HDMI 5V輸入為0V時(shí)，HPD電壓應該高于0V但低于0.4V。解決這一問(wèn)題的最簡(jiǎn)單方法是將一個(gè)1K電阻串聯(lián)連接到HPD引腳。圖3所示的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)電路也能解決問(wèn)題，其功能是控制HPD引腳，并在下游的接收設備已準備好時(shí)通知來(lái)源設備，或者決定來(lái)源設備是否應該重新啟動(dòng)某些功能，如高清內容保護(HDCP)身份驗證。這將大大提高系統兼容性。

圖2 HPD輸出電壓

利用來(lái)自HDMI連結器的5V電壓和VCC來(lái)提供HPD所需的5V電壓，這種方式違反了HDMI兼容性測試要求。

圖3 HPD輸出電壓

將1 K電阻與HPD引腳串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)可以解決這個(gè)問(wèn)題。

HDMI Rx視頻格式支持

這項測試的一個(gè)常見(jiàn)故障是某些系統無(wú)法滿(mǎn)足所有HDMI接收設備都必須能夠接收640 480p@59.94/60Hz格式的要求。針對60 Hz視頻設計的系統必須能夠支持720 480p @ 59.94/60Hz的輸入格式，針對50Hz視頻設計的系統必須能夠支持720 576p@50Hz的輸入格式。在A(yíng)DI實(shí)驗室測試過(guò)的來(lái)源裝置中，有許多客戶(hù)都忽略了支持640 480p視頻格式的要求。

對視頻格式時(shí)序偏差的容錯度較小，也是導致測試無(wú)法通過(guò)的另一個(gè)常見(jiàn)原因。該測試覆蓋所有支持的視頻格式。支持50Hz的系統必須能夠容忍49.75Hz至50.25Hz（50Hz 0.5%）之間的時(shí)序變化。支持59.94Hz或60Hz的系統必須能夠容忍59.64Hz至60.3Hz（(59.94Hz 0.5%至60Hz +0.5%）之間的時(shí)序變化。

針對無(wú)線(xiàn)中繼器的新測試要求

在最近的6到9個(gè)月時(shí)間，無(wú)線(xiàn)中繼設備增長(cháng)迅速。HDMI Licensing LLC已針對這類(lèi)無(wú)線(xiàn)設備發(fā)布了測試指南。如果無(wú)線(xiàn)中繼器支持高帶寬數字內容保護(HDCP)，則設備必須按照HDMI中繼器的要求進(jìn)行測試。如果設備不支持HDCP，則設備既可以按照中繼器的要求進(jìn)行測試，也可以按照獨立來(lái)源和接收設備的要求進(jìn)行測試。如果無(wú)線(xiàn)設備是CEC根設備，則可以不進(jìn)行“物理地址”測試。

結束語(yǔ)

如上所述，為了確保產(chǎn)品符合HDMI規范，通過(guò)HDMI兼容性測試是一個(gè)基本而且重要的步驟，它還有助于改進(jìn)不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品之間的互通性。針對最常見(jiàn)的HDMI兼容性測試故障提供解決方案，不僅能夠為消費電子客戶(hù)提供高品質(zhì)的HDMI接口產(chǎn)品，而且有助于他們設計出高兼容性的系統。