HDMI兼容性測(cè)試的常見故障分析

自從HDMI標(biāo)準(zhǔn)于數(shù)年前發(fā)布以來，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到了廣泛的采用。為了貼上HDMI標(biāo)志，所有HDMI產(chǎn)品都必須通過HDMI兼容性測(cè)試(HDMI CT)。而為了節(jié)省時(shí)間與金錢，客戶在將其HDMI產(chǎn)品送到授權(quán)測(cè)試中心(ATC)進(jìn)行認(rèn)證之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)測(cè)試。本文根據(jù)ADI公司HDMI CT實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行眾多預(yù)測(cè)試獲取的經(jīng)驗(yàn)，討論導(dǎo)致產(chǎn)品HDMI兼容性測(cè)試失敗的最常見系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。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(cè)試的常見故障分析

幾乎所有的設(shè)備，包括電視機(jī)和DVD機(jī)在內(nèi)，都并非第一次就通過認(rèn)證測(cè)試。其中大多數(shù)故障與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PCB布局布線有關(guān)。為了通過HDMI兼容性測(cè)試，有時(shí)候需要一些特殊的功能。例如，可能需要在來源設(shè)備中啟用或禁用HDCP（高清內(nèi)容保護(hù)）功能。為了設(shè)計(jì)符合HDMI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，IC和系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司以及制造商都必須充分了解HDMI規(guī)范和兼容性測(cè)試規(guī)范(HDMI CTS)。以下列舉了最常見的故障以及相應(yīng)的建議解決辦法。

EDID測(cè)試

來源設(shè)備必須支持“增強(qiáng)型DDC”規(guī)范，這意味著來源設(shè)備必須能夠利用“段指針0x60”來讀取256字節(jié)之后的EDID信息。大部分情況下只有256字節(jié)用于EDID，但HDMI兼容性測(cè)試要求檢查系統(tǒng)能否讀取4個(gè)模塊（128字節(jié)/模塊），即總共512字節(jié)。為了通過HDMI兼容性測(cè)試，段指針必須滿足這一要求。

HDMI發(fā)送器(Tx)的5V電源

有些客戶利用一個(gè)串聯(lián)電阻或二極管來限制5V輸出的電流。在HDMI兼容性測(cè)試中，HDMI Tx的5V電源測(cè)試要求從+5V電源引腳吸取55mA電流。這可能引起測(cè)試失敗，因?yàn)殡娫摧敵霰仨毥橛?.8V至5.3V之間才能通過。圖1顯示，當(dāng)連接一個(gè)10Ω的電阻時(shí)，輸出降至4.45V，因此沒有通過測(cè)試。

圖1 +5V電源 當(dāng)連接一個(gè)10Ω的電阻時(shí)，輸出降低，導(dǎo)致測(cè)試失敗

HDMI Tx DDC/CEC線測(cè)試

必須正確連接消費(fèi)電子控制(CEC)線（HDMI連接器的引腳13）。如果系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上不支持CEC功能，設(shè)計(jì)師可以讓該連線懸空。有時(shí)候，人們想將CEC線連接到視頻信號(hào)處理(VIP)芯片的通用I/O來支持未來可能的擴(kuò)展。這種情況下，設(shè)計(jì)師必須確保該連接滿足HDMI兼容性測(cè)試準(zhǔn)則，包括使DDC線最大電容小于100pF。

HDMI來源設(shè)備需支持的視頻格式

HDMI規(guī)范要求所有的HDMI來源設(shè)備必須支持下列格式之一：640480p@59.94/60Hz、720480p@59.94/60Hz¼或720576p@50Hz。設(shè)計(jì)HDMI來源設(shè)備時(shí)，有時(shí)還必須注意另一個(gè)要求：如果來源設(shè)備上任何一個(gè)YPbPr或其他非壓縮數(shù)字端口能夠支持下列格式，則該設(shè)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來源設(shè)備(HDMI Tx)與DVI接收設(shè)備(DVI Rx)之間的兼容性

HDMI規(guī)范要求所有的HDMI來源設(shè)備與兼容DVI 1.0標(biāo)準(zhǔn)的接收設(shè)備兼容。當(dāng)HDMI來源設(shè)備連接到DVI接收設(shè)備時(shí)，必須滿足下列要求：

• 發(fā)送的視頻格式為RGB

• 不發(fā)送視頻保護(hù)頻段

• 不發(fā)送數(shù)據(jù)島(Data Island)

當(dāng)來源設(shè)備檢測(cè)到有接收設(shè)備插入時(shí)，它應(yīng)假定接收設(shè)備是DVI設(shè)備。與此同時(shí)，來源設(shè)備將檢查接收設(shè)備的EDID是否包含CEA擴(kuò)展，以及CEA擴(kuò)展是否包含具有有效長度的VSDB（供應(yīng)商專用數(shù)據(jù)塊）。如果都包含的話，來源設(shè)備將認(rèn)定所連接的接收設(shè)備是HDMI設(shè)備。

HDMI接收器(Rx)的EDID測(cè)試

該測(cè)試的通過率非常低。所以，設(shè)計(jì)師自己應(yīng)該熟悉最新HDMI規(guī)范的EDID要求。下面列舉導(dǎo)致失敗的一些常見錯(cuò)誤。

I. 在EDID的前128個(gè)字節(jié)中，必須提供“監(jiān)視器距離限制表頭”和“監(jiān)視器名稱表頭”，這兩個(gè)表頭均為18字節(jié)。如果任一個(gè)的內(nèi)容短于18字節(jié)，則必須用0x20來填補(bǔ)，并以0xA0結(jié)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。

為了簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一些設(shè)計(jì)師通過一個(gè)1K電阻，直接將HDMI輸入端的+5V電壓連接到HDMI Rx的HPD引腳。在這類設(shè)計(jì)中，當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)模式或者交流電源斷開時(shí)，將無法讀取EDID EEPROM，HPD引腳電壓可能會(huì)保持高電平，這將導(dǎo)致HDMI兼容性測(cè)試失敗，因?yàn)镠DMI兼容性測(cè)試規(guī)范要求在HPD引腳電壓為高電平時(shí)，必須能夠訪問和讀取EDID，即使斷開交流電源或者系統(tǒng)置于待機(jī)模式也是如此。在后面的部分中將提出解決這類問題的參考設(shè)計(jì)。

HDMI Rx TMDS差分阻抗

大量設(shè)備沒有通過這項(xiàng)測(cè)試，雖然大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師都知道有關(guān)輸入差分阻抗的要求。絕大多數(shù)情況下，系統(tǒng)不能通過這項(xiàng)測(cè)試的原因是輸入ESD保護(hù)器件或EMI扼流圈的寄生電容太大。大部分高速信號(hào)ESD防護(hù)器件制造商都為客戶提供了具有阻抗特性的系統(tǒng)PCB布局布線參考設(shè)計(jì)。對(duì)于該測(cè)試，系統(tǒng)PCB布局布線將會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。如果失敗，用戶則要重新設(shè)計(jì)PCB，這將影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品的上市時(shí)間。

請(qǐng)注意，在HDMI CTS V.1.3中，通過該測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到100Ω±25%，不過持續(xù)時(shí)間短于250ps。

HDMI Rx DDC/CEC線電容和電壓

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

HDMI Rx CEC線的連通性

當(dāng)HDMI系統(tǒng)有多個(gè)HDMI輸入時(shí)，對(duì)于非獨(dú)立的CEC線，HDMI規(guī)范要求來自所有HDMI輸入（如有）的CEC線能夠與一個(gè)HDMI輸出（如有）相互連通。該測(cè)試的CTS要求小于5Ω。即便是不支持CEC的系統(tǒng)，也要求輸入CEC線能夠互相連通。

HDMI Rx HPD輸出電壓

某些客戶使用圖2所示的電路來利用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(guī)范的要求，即當(dāng)HDMI 5V輸入為0V時(shí)，HPD電壓應(yīng)該高于0V但低于0.4V。解決這一問題的最簡單方法是將一個(gè)1K電阻串聯(lián)連接到HPD引腳。圖3所示的簡單開關(guān)電路也能解決問題，其功能是控制HPD引腳，并在下游的接收設(shè)備已準(zhǔn)備好時(shí)通知來源設(shè)備，或者決定來源設(shè)備是否應(yīng)該重新啟動(dòng)某些功能，如高清內(nèi)容保護(hù)(HDCP)身份驗(yàn)證。這將大大提高系統(tǒng)兼容性。

圖2 HPD輸出電壓

利用來自HDMI連結(jié)器的5V電壓和VCC來提供HPD所需的5V電壓，這種方式違反了HDMI兼容性測(cè)試要求。

圖3 HPD輸出電壓

將1 K電阻與HPD引腳串聯(lián)連接的開關(guān)可以解決這個(gè)問題。

HDMI Rx視頻格式支持

這項(xiàng)測(cè)試的一個(gè)常見故障是某些系統(tǒng)無法滿足所有HDMI接收設(shè)備都必須能夠接收640 480p@59.94/60Hz格式的要求。針對(duì)60 Hz視頻設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須能夠支持720 480p @ 59.94/60Hz的輸入格式，針對(duì)50Hz視頻設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須能夠支持720 576p@50Hz的輸入格式。在ADI實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過的來源裝置中，有許多客戶都忽略了支持640 480p視頻格式的要求。

對(duì)視頻格式時(shí)序偏差的容錯(cuò)度較小，也是導(dǎo)致測(cè)試無法通過的另一個(gè)常見原因。該測(cè)試覆蓋所有支持的視頻格式。支持50Hz的系統(tǒng)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(tǒng)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(duì)無線中繼器的新測(cè)試要求

在最近的6到9個(gè)月時(shí)間，無線中繼設(shè)備增長迅速。HDMI Licensing LLC已針對(duì)這類無線設(shè)備發(fā)布了測(cè)試指南。如果無線中繼器支持高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)，則設(shè)備必須按照HDMI中繼器的要求進(jìn)行測(cè)試。如果設(shè)備不支持HDCP，則設(shè)備既可以按照中繼器的要求進(jìn)行測(cè)試，也可以按照獨(dú)立來源和接收設(shè)備的要求進(jìn)行測(cè)試。如果無線設(shè)備是CEC根設(shè)備，則可以不進(jìn)行“物理地址”測(cè)試。

結(jié)束語

如上所述，為了確保產(chǎn)品符合HDMI規(guī)范，通過HDMI兼容性測(cè)試是一個(gè)基本而且重要的步驟，它還有助于改進(jìn)不同廠商的產(chǎn)品之間的互通性。針對(duì)最常見的HDMI兼容性測(cè)試故障提供解決方案，不僅能夠?yàn)橄M(fèi)電子客戶提供高品質(zhì)的HDMI接口產(chǎn)品，而且有助于他們?cè)O(shè)計(jì)出高兼容性的系統(tǒng)。