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科普论:4K 18G HDMI 信号源线的前生和今世的重要性

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 楼主| 发表于 2017-7-28 14:47:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-8-17 10:28 编辑

做好一个完全达到标准的线材有那么的难吗?
很多人说,不就是一根线吗?
简单的很?
我都能给你做。
这就是所谓的,无知者无畏。中国从来不缺这样的人。

不信你来试试?
在自己没有做出来之前,所有的语言都是扯淡和欺骗。
只有自己亲自去做了去尝试了,才知道制造4K 精品HDMI 线材是如此的艰辛。





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 楼主| 发表于 2017-7-30 10:02:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-7-30 15:32 编辑

设计挑战
即使使用最佳的硅解决方案,需要智能布局和对印刷电路板(PCB)的挑战,以防止18Gbps视频系统中的位错误。最新视频分辨率的快速数据速率要求正在推动标准FR4 PCB材料的物理界限。虽然可以使用更高性能的电路板材料,但由于与FR4相比,它们的成本较高,因此在消费电子应用中可能不实用。但是,仔细注意布局细节,仍然可以实现使用FR4的18Gpbs HDMI系统解决方案。

18Gbps HDMI信号可能会出现三个重要的电路板布局问题,导致系统故障。第一个是差的转换最小化差分信令(TMDS)内部对匹配和不良终止(见下文“什么是TDMS?”)。接下来是恢复HDMI数据的能力,尽管电缆和FR4板材料上的衰减损失。最后,与其他噪声信号的串扰可能导致符号间干扰(ISI)。任何一个或所有这些问题可能会使视频信号下降到足以在系统中无法操作。

在数据周期仅为6.Gps的情况下,必须在系统板设计期间密切关注所有HDMI信号路径之间的时序偏移关系。每个TMDS信号对应尽可能靠近在一起,以保持对中的迹线长度匹配,并沿着整个传输线保持100-Ω的差分阻抗。此外,三对走线中的每一对应保持相同的长度以最小化HDMI接收器芯片处的通道间失配。

应注意避免将TMDS数据信号与其他数字通信和时钟(例如显示数据通道(DDC)接口或消费电子控制(CEC))控制线相邻或相邻的路由。这种路由可能会引起不必要的串扰,以耦合到TMDS信号上,导致位错误。

由于通常使用的FR4材料的介电常数为0.45至0.48,在HDMI传输线内大约每8英寸的总轨迹长度可以看到-1dB的信号衰减。所有其他被动静电放电(ESD)保护装置和连接器将进一步增加信号的衰减并进一步使阻抗匹配失真。虽然设计人员可以使用更高性能的PCB材料,但对于大批量的消费电子应用来说,它们可能是成本高昂的。要以6Gbps通过HDMI物理层(PHY)一致性测试,TMDS信号的衰减必须最小化以满足Tx和Rx系统要求。
HDMI电缆通常用作视频系统内信号衰减的最大分量。HDMI电缆上的衰减幅度很大程度上取决于其长度和使用的线规的质量。
0404DSadi_Fig1.gif

该图显示了30米HDMI 24AWG电缆信号的衰减。请注意低通滚降,特别是1485 MHz(3Gbps)。

从绝对意义上说,这意味着一端的500mV的HDMI信号在另一端将作为22mV的信号到达,更不用说由电缆的低通效应产生的ISI失真。由于消费者使用的电缆质量和长度将是未知的,所以在系统设计人员非常注意电路板布局的情况下,可能很难继续处理此视频信号。

虽然最近发布的HDMI接收器具有集成的输入均衡器,但是该电路的性能在整个HDMI接收器接口的质量和性能方面起着重要的作用。在许多情况下,接收机均衡器适配可以根据电缆长度或视频速度进行.用户选择,从而静态设置确定特定设置的最佳性能。然而,一个更好的替代方案是完全自适应均衡器,可调整​​所有可能支持的电缆和频率格式。当接收机内部支持多频率增益和增益时,自适应均衡功能最好。


系统设计人员必须注意使用6Gbps视频的视频系统内的信号衰减。需要正确的布局和跟踪最小化,以防止系统内6Gbps HDMI信号路径上的位错误。除非规定了更高性能/更高成本的PCB材料,否则标准FR4材料将显着降低每单位长度的6Gbps TMDS信号

什么是TMDS?
转换最小化差分信号(TDMS)是Silicon Image Inc.开发的一种接口和编码技术。它采用先进的编码算法,通过铜缆降低电磁干扰(EMI),允许更长的电缆和更高的位传输可靠性。它广泛应用于视频和音频信号传输的DVI,DisplayPort和HDMI接口。TMDS使用四个差分对传输线用于三个数据和一个时钟信号。此外,TMDS将8位信号转换为10位代码,最小化0到1个转换次数,从而降低RF辐射。该代码还最大限度地减少了直流平均线。低压差分信号(LVDS)线路使噪声最小化。


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 楼主| 发表于 2017-7-30 10:06:20 | 显示全部楼层
均衡有助于

均衡器是HDMI接收器上最重要的功能电路块之一。没有它,消费者将无法通过长于5米的HDMI电缆传送4K视频内容。均衡器不仅重要,而且可以完全适应任何HDMI电缆产生的衰减的均衡器是消费者可以在每个可能的设置中使用的最佳均衡器。它会自动选择所使用的HDMI电缆给定损耗所需的增益。完全自适应均衡器的主要目的是在不同的HDMI电缆长度和线规上,以高数据速率“消除”铜缆在电缆中的皮肤效应引起的带宽限制。

对带宽的限制产生信号眼上的失真,称为符号间干扰(ISI)。在HDMI电缆上产生的带宽限制用作传输信号上的滤波器,相对于接收机侧的相邻符号周期改变其形状和位置。这种过滤的结果导致后续数据周期的拖尾,在接收器处产生。

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 楼主| 发表于 2017-7-30 10:10:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-7-30 15:46 编辑

典型的家庭娱乐设施,办公室会议室或显示4K内容的剧院场地可能会在天花板上安装投影机。该系统通常需要相对较长的HDMI电缆长度,从源头到天花板上的投影机从15米(45英尺)到30米(90英尺)。该应用对于HDMI接收器来说是最具挑战性的,这将需要最高性能的自适应均衡器来保持在可能遇到的大量设置组合上传输的信号的质量和完整性。示例可能包括各种HDMI电缆质量,电缆长度和HDMI源发射机性能差异。

为了将所需均衡器的质量放在角度,让我们来看看4K内容在几种HDMI电缆质量和长度上的信号完整性。目前市场上用于显示4K内容的最普遍的设备是投影机。4K显示器与显示4K内容的LCD或等离子电视相比具有显着的成本优势。

医疗行业采用8M像素显示器作为下一个视频标准,为医生和医疗专业人员显示超高分辨率诊断图像。然而,目前的实现需要多个数字视频接口(DVI)接口电缆连接到显示器,以向显示器提供完整的视频带宽。支持4K视频内容的投影机由于具有高分辨率的内容,为娱乐界带来了新的水平。性能和质量的提高也为HDMI接收机带来了一些技术挑战。

测量运输效率
4K HDMI信号的质量和完整性可以通过在3Gbps传输4K内容的几种不同HDMI电缆长度的远端查看其数据眼图来观察。数据眼图是串行数字数据从一个到零的许多样本的累积叠加,创建了一段时间的眼图。眼图是一个有用的可视化评估工具,因为它可以帮助您了解接收机如何在没有错误的情况下恢复数据。
0404DSadi_Fig2.gif
该眼图显示了30厘米HDMI电缆末端的4K内容。即使在相对较短的电缆线上,我们也可以看到已经关闭的数据。

通常,采样每个过渡的最佳时间,以保证无错误的传输,是睁开眼睛的中心。出现闭合的眼睛可以最小化或消除正确恢复数据的潜力。图2显示了HDMI电缆只有30厘米远端的4K数据内容的眼图。该配置的许多样品的叠加显示了相当开放的眼睛,表明接收错误是不可能的。在HDMI电缆长度只有2米时,我们开始以3Gbps数据速率显着关闭数据视频(图3)。随着电缆长度的增加,对于相同的数据速率,数据眼睛的性能显着下降。
0404DSadi_Fig3.gif
这是另一个眼图,显示了在2米HDMI电缆末端的4K。使用2米电缆对数据眼造成重大折中,这对于投影机应用来说通常是不切实际的。

称为皮肤效应的现象主要限制了用于高速数字传输的大多数传输线。随着电子被自发感应的涡流频率增加,电子被推到导体的外边缘,自由电子行进通过导体的整个区域的能力降低。电子被界定为从导体的外部向中心移动的深度是趋肤深度。1

电缆直径越小,与直径越大的电缆相比,衰减越大(图4)。这很重要,因为HDMI电缆的线规和HDMI接收器上的均衡器的性能是从HDMI电缆获得最佳性能的主要变量。与最佳执行均衡器相结合的较大直径导体(较低AWG)将支持4K内容最长的无误差传输距离。

0404DSadi_Fig4.gif
该图详细介绍了每米电缆的信号的衰减与频率的关系,曲线为22AWG,24AWG,26AWG和28AWG电线。我们可以看到电缆AWG直接影响衰减。

有关使用不同线规的HDMI电缆支持的通道损耗和数据速率的视角,图5显示了两根长度的两根HDMI电缆的传输功能。一根22AWG铜线是28AWG电缆直径的两倍。使用28AWG的15米长的HDMI电缆具有与30米,22AWG电缆完全相同的带宽性能。因此,线径直径和导线长度都决定了带宽性能对HDMI电缆远端信号完整性的影响。 2.gif
该图显示了不同长度但不同线AWG的两根HDMI电缆的带宽。我们现在可以看到,电缆长度和AWG都可以影响信号质量,每个都可以进行权衡。




均衡有助于

均衡器是HDMI接收器上最重要的功能电路块之一。没有它,消费者将无法通过长于5米的HDMI电缆传送4K视频内容。均衡器不仅重要,而且可以完全适应任何HDMI电缆产生的衰减的均衡器是消费者可以在每个可能的设置中使用的最佳均衡器。它会自动选择所使用的HDMI电缆给定损耗所需的增益。完全自适应均衡器的主要目的是在不同的HDMI电缆长度和线规上,以高数据速率“消除”铜缆在电缆中的皮肤效应引起的带宽限制。

对带宽的限制产生信号眼上的失真,称为符号间干扰(ISI)。在HDMI电缆上产生的带宽限制用作传输信号上的滤波器,相对于接收机侧的相邻符号周期改变其形状和位置。这种过滤的结果导致后续数据周期的拖尾,在接收器处产生闭合的数据眼睛。

显示了在10米HDMI电缆末端的3Gbps数据内容的这种现象。在这种情况下,由于HDMI电缆产生的带宽限制特性正在引起ISI抖动,眼睛实际上已经不存在了。反过来,周期性符号相互移动并相互干扰,关闭眼图。在这种情况下,没有均衡器,基本上无法正确地采样和恢复HDMI数据。

3.gif
这个闭眼图显示了在10米HDMI电缆末端的4K信号,这是投影机应用中使用的典型长度。此设置将要求接收机均衡器正确恢复数据。

均衡器可降低HDMI电缆的低通滤波效果,从而最大程度降低ISI抖动对数据符号的影响。完全自适应均衡器可以评估HDMI电缆上的通道数量,并分别调整不同的增益设置,以自动补偿损耗,而无需系统固件对每种电缆和视频格式进行静态调整。

均衡器的主要目的是最小化10米HDMI电缆的影响,并使信号看起来像通过5米或更短的HDMI电缆发送,通过减少最初由附加信号损失产生的ISI抖动效应电缆。这可以在图7中看到。红色信号表示由全自适应均衡器选择的要应用于10米28AWG HDMI电缆蓝色的典型EQ传递函数增益。所产生的新信号,标示为10米均衡的浅蓝色电缆,表示10米HDMI电缆在均衡后的带宽。为了比较,新的均衡的10米HDMI电缆与非均衡的5米,28AWG HDMI的带宽特性非常相似,高达约3.1 GHz,这在很大程度上在感兴趣的频率范围内。

4.gif

均衡可以对较长的电缆产生积极的影响,如10米长的电缆。均衡的10米性能可以提高到类似于较短的5米电缆的均衡。
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 楼主| 发表于 2017-7-30 15:21:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-8-3 10:59 编辑

148980938786717.png
HDMI版本有啥区别

常见接口版本:1.3、1.4、2.0、2.0a等等

HDMI的版本类似于USB接口的版本,包含了接口、传输协议、线材等等一系列标准,而HDMI的之所以流行,就是因为它能只用一根线传输无损的视频、音频、网络、数据等信号。

HDMI自从2003年发布至今,已经经历了很多个版本,最新的是HDMI 2.1,支持8K分辨率、动态HDR、游戏模式VRR等等,尽管非常超前,但是目前还没有设备支持。

而HDMI1.0至2.0之间的区别还是挺大的,具体见下表。


2eb70003537b2c6f80c6.jpeg

HDMI 1.1
2004年5月提出

支持DVD-Audio

HDMI 1.2a
2005年12月提出

支持8声道1bit音频(SACD所用户)

让PC讯源可使用HDMI Type A接头

在维持YCbCr CE色域前提之下开放PC讯源使用原生RGB色域

要求HDMI 1.2以上显示器支持低电压讯源

完全确立CEC沟道的功能,指令集,以及兼容性测试程序

HDMI 1.3
2006年6月22日提出

扩增single-link模式的带宽至340 Mhz(数据发送速度10.2 Gbps)

从24bit色域(1677万色)扩张支持至30-bit, 36-bit,与48-bit(RGB or YCbCr)色域(相当于超过十亿色显示)

支持Dolby TrueHD以及DTS-HD Master Audio信号输出至外接解码器[3]如果播放机具有直接将此二种信号解码的能力,则不需要支持HDMI 1.3,因为所有的HDMI规格都可以发送未压缩的音频信号。

提出新的小型化接头以支持轻便型摄像机

HDMI 1.4
2009年5月28日提出

新增HDMI百兆以太网沟道,允许基于互联网的HDMI设备和其它HDMI设备共享互联网接入,无需另接一条以太网线。

新增音频回授沟道,让高清电视通过HDMI线把音频直接传送到A/V功放接收机上。

定义通用3D格式和分辨率。实现家庭3D系统输入输出部分的标准化,最高支持两条1080p分辨率的视频流。

最高支持4K×2K(3840×2160p@24 Hz/25 Hz/30 Hz或4096×2160p@24 Hz)

HDMI 2.0
2013年9月4日提出

新增2160p@50 YCbCr 4:2:0、2160p@60 YCbCr 4:2:0(4K分辨率)

支持21:9长宽比

32声道,4组音频流

传输带宽18Gbit/s

线材兼容HDMI 1.4(没有定义新的数据线和接头)

支持CEC扩展

支持双画面

动态自动声画同步

HDMI 2.0a&b
2015年4月8日提出

支持高动态范围成像(HDR10与Dolby Vision)

支持高动态范围成像(HLG)

HDMI 2.1
2017年1月4日提出

带宽提升至48Gbps

支持4K 120Hz及8K 60Hz

支持高动态范围成像(HDR),可以针对场景或帧数进行优化

支持eARC功能

可针对游戏帧数进行信号同步,减少画面撕裂

向下兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4

而对于各个版本支持最高速度有一个表格可以很清晰的了解。

简单来说要支持4K+60帧+HDR最起码要HDMI2.0接口才行。而不少国产电视很多说支持4K分辨率,但是其实只是HDMI1.4接口,只能支持到4K@24Hz,也就是只有24帧,看电视没问题,玩游戏不可能。

HDMI线材水很深

有朋友以为如果是HDMI2.0的接口就必须买HDMI2.0的线。是吗?
HDMI线材在2.0版本以下是没有版本号区分的。

有什么区分呢?
线材的导体材料区分,和导体的工艺区分。市面上90%的线都达不到4K18G的要求,这就是区别。能达到要求的线材一定很贵。这就是一分钱一分货,便宜无好货。

但是在2.1开始就有区分了是不通用的。高端可以兼容低端,低端是兼容不了高端的。
2eb70003537abdff0141.jpeg 版本传输数据区别

屏幕快照 2017-08-03 10.57.36.png



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 楼主| 发表于 2017-7-30 16:06:59 | 显示全部楼层

如何为HDMI 2.0应用选择正确的重定时器
高清晰度多媒体接口(HDMI)是一种流行的视频接口,使用转换最小化差分信号(TMDS)作为主要通信信道。每个TMDS数据通道可以支持高达6 Gbps的HDMI 2.0通道,这对于在传输介质上维持信号完整性至关重要。这是非常具有挑战性的,因为高速信号在数据路径中传输时自动丢失。

我们来看看当HDMI信号通过迹线,连接器和电缆时可能发生的信号完整性降级类型:

插入损耗是由信号路径中的任何障碍引起的信号功率的损失。
串扰是由一个通道到另一个通道的电容,电感或导电耦合引起的信号失真。
符号间干扰(ISI)是由后续符号引起的信号噪声。符号间隔以较高的速度收缩,因此信号速度越高,ISI越容易出现。
信号反射是由连接器上的阻抗不匹配引起的,导致部分信号反射回原始源而不是传输,从而降低了接收机处的信号强度。
抖动是数字信号的幅度和相位失真,可能导致显示图像闪烁。
针对这些信号完整性挑战的技术包括均衡和时钟数据恢复(CDR)。均衡器确保传输通道可以实现所有频率分量的均衡频率响应,减少信号失真和提升信号强度。CDR从传入数据恢复时钟,并重新生成干净的信号,从而降低信号噪声和抖动。重定时器是将均衡器和CDR集成的混合信号分量。

良好的信号调理器可以支持自适应或固定均衡,以清除ISI或带宽限制的电路板和电缆的损耗。Retimers使用CDR电路来清理随机,相位和正弦抖动。良好的重新定时器具有宽带CDR跟踪和窄带抖动清洁,以及在宽频率范围内工作的能力。另外,良好的重定时器具有可选择的源端接以匹配迹线和阻抗以减少信号路径中的反射。一个很好的重新定时器还将提供几个功能来传递HDMI 2.0的兼容性,并减少系统级的设计问题,从而补偿驱动长电缆或高损耗电路板走线时发生的衰减。

1.jpg

如果输入为直流耦合TMDS数据,则可以选择TI TMDS181或TMDS171重新定时器,以支持高达6 Gbps的应用(例如高清电视)的HDMI至HDMI支持。您应该将重新定标器放置在HDMI连接器上,以补偿传播到电视接收机中的任何信号噪声。
2.jpg

通过在视频系统中使用正确的Retimer,您可以启用更清晰的信号和真正的4K体验。
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 楼主| 发表于 2017-7-30 16:37:36 | 显示全部楼层
HDMI 2.0的兼容性测试和调试提示

高分辨率多媒体接口(HDMI)最初于2002年推出,以取代老化和庞大的SCART连接或RCA布线。从那时起,超过20亿个HDMI设备已经发货,HDMI技术已经扩展到越来越广泛的设备,应用和行业,包括手机,汽车和商业应用,如数字标牌和机场安装。

为了进一步扩大HDMI的覆盖面并取得成功,原来的七家创始公司决定通过组建HDMI论坛(一个非营利性公司来进一步发展HDMI)来提高行业参与标准。自2010年10月成立以来,HDMI论坛现已拥有88家成员公司,明确将HDMI作为未压缩音视频应用的最广泛接受的接口。

经过近两年的幕后开发,HDMI论坛在2013年9月正式推出了HDMI 2.0,这是新集团开发的第一个规范。继承人对HDMI 1.4b显而易见,HDMI 2.0是AV连接的改进标准,具有高端视频播放所需的性能,例如4K Ultra HD。



虽然HDMI 1.4b的吞吐量为10.2 Gbps,但仅支持24,25和30Hz的3840 x 2160像素的4K分辨率,或以24 Hz显示全4K(4096 x 2160像素)。2160p24和2160p30格式对于电影播放来说可能不错,但是它们不足以满足4K电视广播和未来超高清游戏所需的50 / 60Hz。HDMI 1.4b还支持4K的8位色彩。HDMI 2.0改进了这一点,在Ultra HD分辨率下提供10到12位的色深。

HDMI 2.0并没有将HDMI 1.4b的吞吐量提高一倍,而是将其提高到18 Gbps。这使得能够进行一些重要的增强和功能,包括:

•50 / 60Hz的4K超高清
•多达32个未压缩的数字音频通道(与HDMI 1.4的8个相比)
•高达1536 kHz的音频采样
•同时向多个用户(同一屏幕)同时传送双视频流
•同时将多流音频传输给多个用户(最多四个)
•支持21:9宽高比
•视频和音频流的动态同步
•用于远程控制的附加CEC扩展

尽管新规范提供了许多优点,但重要的是要强调,HDMI 1.4b远未过时。HDMI 2.0与HDMI 1.4b完全向后兼容,并使用相同的19针连接器。较高的速度,例如4K / 50Hz,需要Cat 2 HDMI电缆。为了确保向后兼容性,HDMI论坛要求HDMI 2.0产品必须通过HDMI 1.4b一致性测试。

1.4之后的基本HDMI结构如图1所示。该架构包括三个数据通道和独特的单独时钟通道。这些形成HDMI接口的高速通道。HDMI还具有被称为EDID加密的低速手摇总线,这种功能已经成为服务提供商的热门产品,并在过去十年中为HDMI的成功做出了重大贡献。它还具有消费电子控制,使用单个数字互连提供远程控制能力。HDMI 1.4增加了双向以太网和音频返回通道。该架构承载了HDMI 2.0。

TekHDMI_Fig1_0.png
HDMI 2.0兼容性测试的源电测试包括:

·测试ID HF1-1:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - VL
·测试ID HF1-2:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - TRISE,TFALL
·测试ID HF1-3:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - Inter -
测试ID HF1-4:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 对内偏斜
•测试ID HF1-5:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 差分电压
•测试ID HF1-6:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 时钟占空比
•测试ID HF1-7:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 时钟抖动
•测试ID HF1-8:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 数据眼图
•测试ID HF1-9:源TMDS电气 - 340-600Mcsc - 差分阻抗

与HDMI 1.4b相比,有一些显着的差异。正如我们将更详细地讨论的,时钟抖动和数据眼图测试现在在测试点2(TP2)而不是测试点1(TP1)进行。这种变化导致需要进行差分电压测试,这是一个新的要求。HDMI 2.0的新特性也是使用采样示波器进行的源差分阻抗测试,该测试仪器被测试(DUT)打开。

从测试仪器的角度来看,更高的数据速率转化为需要更高带宽的示波器。对于HDMI 1.4b,一个8 GHz的实时示波器是典型的推荐。对于信号上升/下降时间为42.5 ps的HDMI 2.0,建议移至16 GHz带宽示波器,以达到1%的误码率。也就是说,可以使用12.5 GHz带宽示波器进行通过/失败一致性测试。其他要求包括高速差分探头,HDMI 2.0测试夹具和HDMI 2.0测试软件包。


源眼图测试的连接设置如图所示。时钟在差分模式连接的示波器上占用一个通道,数据通道占用其他两个通道以单端模式连接。这意味着将进行一些手动切换来测试剩余的通道。有可能使用自动切换器来消除手动干预的需要。
TekHDMI_Fig2.png

如上所述,眼图测试现在在信号通过具有最坏情况衰减和偏斜为112ps的电缆的TP2之后以均衡的眼睛执行。如图3所示,使用示波器上运行的软件对单端信号进行仿真。请注意,未使用的数据通道需要终止。
3.png
移动到源眼本身,如图4中HDMI 2.0 6 Gbps信号的眼图所示,均衡眼没有定义顶部和底部掩模。由于信号在通过均衡器时被放大,并且总是会违反顶部和底部的掩码,所以没有顶部和底部掩码。然而,为了克服这个特定的方面,在TP1处增加了差分电压测试,以确保信号电平不超过780 mV。
4.png


HDMI 2.0接收机测试

HDMI 2.0信号根据HDMI 2.0规范中定义的限定的加扰机制进行加扰。信号发生器应确保它们遵循HDMI 2.0信号的加扰要求。HDMI一致性测试的接收器电气测试包括:

·测试ID HF2-1:Sink TMDS电气 - 340-600Mcsc - 最小/最大差速摆动公差
·测试ID HF2-2:水槽TMDS电气 - 340-600Mcsc - 对内偏斜
·测试ID HF2-3:水槽TMDS电气- 340-600Mcsc - 抖动容限
·测试ID HF2-4:Sink TMDS电气 - 340-600Mcsc - 差分阻抗

与HDMI 1.4b相比,这些测试的主要区别在于对内偏斜测试和抖动容限测试需要112 ps延迟线。不幸的是,这增加了测试时间,因为需要进行人为干预才能将112 ps延迟线首先插入正极通道,完成测试,将其移除,并将延迟线放在负向通道上。可能有可能消除此手动步骤,使用直接合成来模拟112 ps延迟,但此功能目前不可用。

与源测试一样,HDMI 2.0需要更高性能的测试设备,包括推荐的16 GHz实时示波器和适当的灯具和探头。此外,自动化接收器或接收机测试需要两个高性能任意波形发生器,理想情况下是最新一代,具有高达50 GS / s采样率和14 GHz带宽,从而实现符合性和裕度测试。

如图5中的示例测试配置所示,任意/函数发生器也用于同步两个AWG。需要两个AWG,因为时钟和数据通道都需要同时测试。该信号通过一个112 ps延迟线,然后通过HDMI 2.0插头固定装置送入DUT。

5.png

根据HDMI 2.0测试规范,信号必须通过电缆仿真器来模拟最坏情况。这可以使用硬件电缆仿真器或信号发生器中基于软件的电缆仿真来实现。在任一种情况下,应使用实时示波器验证电缆仿真器。使用可用的HDMI接收器测试软件,自动完成所需的测试,并生成具有详细的余量分析的通过/失败报告。

基于HDMI示波器的协议分析

HDMI设计师面临的一个主要挑战是确定物理层和链路层问题的根本原因。当分离出可能发生特定问题的地方时,本质上是一个盲点。这个问题的一个解决方案是基于示波器的协议分析软件,它提供将协议错误与物理层相关联的能力。

如图6所示,该软件通过将相关视图提供给不同层面发生的事件,有效地消除了盲点。它提供了一个有用的多浏览器功能,包括帧摘要查看器,帧查看器,总线查看器,协议查看器,数据岛查看器和事件和测试结果查看器。所有这些观看者之间的自动交叉使设计人员能够看到并关联协议栈不同部分的数据。

6.png

结论

HDMI 2.0已经到来,并有能力建立在前几代HDMI标准的成功之上。它提供了一些重要的新功能,包括支持高端视频播放,包括4K Ultra HD和18 Gbps,而HDMI 1.4b为10 Gbps。然而,HDMI 1.4b仍然是一个重要而可行的标准,因为HDMI 2.0使用相同的布线并保持向后兼容性。

从符合性测试的角度来看,HDMI 2.0需要使用更高带宽的仪器,并且涉及测试过程中的许多变化,最值得注意的是,在信号通过最坏情况的电缆之后,目视均匀的眼睛进行眼图测试。对于HDMI调试和故障排除,新的基于示波器的协议分析提供了协议和物理层的见解。

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 楼主| 发表于 2017-7-30 16:48:17 | 显示全部楼层
如何在支持HDMI 2.0的源和接收器系统设计中减少抖动并提高信号完整性?

随着图形处理单元(GPU)和其他系统级芯片(SoC)器件迁移到较低几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,这些SoC器件与高清多媒体接口(HDMI®)连接器之间的距离使HDMI难以通过HDMI。HDMI 2.0应用的数据速率从3.4 Gbps增加到6 Gbps也增加了额外的复杂性。

信号调理器,如转接器和重新定时器实现了几个功能,以提高信号完整性。它们可以支持自适应(重定时器)或固定(转移)均衡,以清除带宽限制板轨迹到电缆的符号间干扰抖动或丢失。Retimers使用时钟数据恢复电路(CDR)来清理随机,相位和正弦抖动。高性能重新定时器具有宽带CDR跟踪和窄带抖动清除,以及在宽频率范围内工作的能力。它们使信号娱乐无需昂贵的外部组件,您可以将恢复的时钟转发到接收器。发射机提供了几个功能,以帮助设计人员通过合规性,并减少系统级设计问题,如去加重,

HDMI源和接收端都可以使用重新定时器和转接器来清理信号。HDMI源的示例是PC图形卡。图1说明了GPU如何输出远离HDMI连接器的HDMI信号,HDMI连接器是源符合点。在许多情况下,印刷电路板迹线的距离为11加英寸,这可能会增加大量的ISI抖动,导致系统失效。这种损耗可以高达12dB和6Gbps,具体取决于设计电路板时的注意事项。如果存在随机噪声或其他类型的确定性抖动,则可能需要重新定标器来通过合规性。

接收端示例是高清晰度电视(HDTV),您可以在HDMI连接器之后和信号接收器之前放置重新定标器或转接器进行显示处理。

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图1显示了需要重新定时器的电路的多个源和接收端系统级框图。

图1:HDMI视频源,HDMI有源电缆和HDMI接收器中的应用

中间应用是主动电缆,其中两个端点之间的损耗可能足以使合规失效。底层应用程序是一个宿应用程序,其中系统不知道源和宿之间将使用什么电缆。对于这种应用,具有自适应接收均衡器的重新定时器是理想的解决方案。

如图2所示,音频录像机(AVR)和蓝光DVD播放器是设备处于接收器和源基础设施中间的应用程序示例。在这种情况下,它必须补偿图1中的源和接收器应用相同的损耗,因此可能需要在接收端和发送端两者之间重新定时器或转接器。DVD是误导的,因为大多数人会认为它是一个来源,但其他来源也可以被驱入DVD播放器。
5444.HDMI 2.0 source and sink figure 2_small.png-600x0.png
图2:在AVR和DVD系统中使用的重新定标器和转接器

可以使用DP159 / 149和TMDS181 / 171重定时器一起在端至端系统加强信号完整性,与DP159 / 149重定时器在源极侧和TMDS181 / 171重定时器上的两端的接收器侧HDMI电缆,如图3所示。
7510.HDMI 2.0 source and sink figure 3_small.png-800x0.png
图3:端到端系统中一起使用DP159 / 149和TMDS181 / 171

从上述应用可以看出,有许多方法不合规,并对最终用户体验产生负面影响。随着市场的不断发展和音频视频带宽需求的增加,Retimers和Redrivers成为系统设计师工具箱中的关键组件。  

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 楼主| 发表于 2017-7-30 16:52:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 好色仙人 于 2017-7-30 16:57 编辑

HDMI 2.0:如何通过长走线,连接器和电缆产生更清晰的信号。

穿过传输介质的信号受到噪声,失真和信号丢失的影响。虽然您通常可以以较低的比特率保持信号完整性和保真度,并实现更长的距离,但是当信号穿过连接器或更多的长走线时,DisplayPort和高清多媒体接口(HDMI®)多吉比特信号通常会经历显着的信号完整性降级长电缆 这些长的长度可能导致信号强度降低,接收端的失真或噪声信号,或者信号不符合标准。

通过在DisplayPort或HDMI接口中使用重新定时器和转接器,视频系统可以通过长距离或电缆维持信号完整性,并提高信号质量。这通过延长信号可以通过电缆或迹线行进的距离来促进设计灵活性。Retimers和Redrivers还能够实现广泛的互操作性,提高系统性能,并帮助系统符合标准驱动的要求。

在笔记本电脑,台式机,游戏机和DVD播放器的视频源端,重新定时器和重新启动器最常用的功能是设备位于片上系统(SoC)或图形处理单元(GPU)的视频输出之间,和HDMI连接器,在重新定时器或转接器之前通过HDMI电缆将视频信号传输到显示器,HDTV等。图1显示了在视频源侧系统设计中重定时器的使用。
7178.HDMI 2 0 source side retimer figure 1.PNG-1000x0.png
图1:视频源侧使用Retimer

在视频分发中,重新定时器和转接器可以使系统受益的另一个领域是SoC或现场可编程门阵列(FPGA)可以输出不同的视频通道。在将信号传输到HDMI连接器之前,设计人员可以在每个通道中嵌入重定时器或重拨器,如图2所示。
3858.HDMI 2 0 retimer in video distribution system figure 2.PNG-1000x0.png
图2:在视频分发系统中使用重新定时器

像SNx5DP159和SNx5DP149高性能双模DisplayPort或转换最小化差分信号(TMDS)到HDMI重新定时器的设备提供了系统的信号调理需求。让我给你两个具体的例子,说明如何重新定时器可以帮助提高视频显示系统设计中的信号完整性。

在加密狗系统设计中增加信号完整性

要使DisplayPort信号通过HDMI接口传输,双模显示端口(DP ++)可通过使用简单的适配器输出DVI和HDMI格式,同时向DisplayPort添加三种功能,可实现DisplayPort与数字视频接口(DVI)和HDMI接口的互操作性:

添加DP_PWR DisplayPort插座电源引脚,为视频适配器供电
添加CONFIG1和CONFIG2以提供双模视频适配器的发现机制
添加一个用于HDMI显示数据通道(DDC)接口的I 2 C-over-AUX通道
有两种类型的双模式DisplayPort适配器。类型1支持DVI和HDMI的最大TMDS时钟速率为165 MHz,通过I 2 C支持DDC信号。类型2支持DVI的最大TMDS时钟速率为165 MHz,HDMI 支持最大TMDS时钟速率为300MHz,以及DDC和I 2 C-over-AUX信令。

在双模式DisplayPort至HDMI加密狗中,DP159 / DP149重新定时器可提高信号质量,如图3所示。
5531.HDMI 2 0 retimers video dongle figure 3.PNG-1000x0.png
图3:视频DisplayPort-to-HDMI加密狗中使用的DP159 / DP149重新定时器

坞站设计中的信号调理

这是第二个例子。对接站通常用作将笔记本电脑,笔记本电脑和移动设备连接到显示器的视频源。由于连接到视频源,对接站通常具有接收器丢失配置文件。作为信号调节器,DP159 / DP149重新定时器提升信号强度,并向显示器提供更清晰的信号。图4显示了坞站应用中的DP159 / DP149重新定标器。
7607.HDMI 2 0 retimer docking station figure 4.PNG-1000x0.png
图4:对接站应用中使用的DP159 / 149重新定标器

除了上面提到的视频系统应用程序之外,您可以在许多其他系统设计中使用DP159和DP149设备,包括台式PC,笔记本电脑,游戏PC,DVD和AVR应用程序。

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 楼主| 发表于 2017-8-3 11:11:06 | 显示全部楼层
数据传输,数字传输,或数字通信是数据(数码比特流)在一个点对点或点对多点通信的物理传输信道。例如双绞线,光纤,无线通信频道,和存储设备。以一个电磁信号代表数据,如电压,无线电波,微波,或红外线信号。

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