車載娛樂系統

隨著智能汽車技術的飛速發展，車載娛樂系統對高清視頻和音頻傳輸的需求不斷增加。HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清多媒體接口）作為一種能夠同時傳輸視頻和音頻數據的接口技術，憑借其連接簡單、兼容性好等特點，被廣泛應用于汽車座艙娛樂系統中。本文將介紹HDMI技術的核心特性、應用場景以及泰克公司提供的測試解決方案。

HDMI技術在車載娛樂系統中的應用場景

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圖1. HDMI接口示意圖

HDMI接口可以劃分為四種類型：Source（源設備）、Sink（接收設備）、Cable（線纜）和Repeater（中繼器）。為了保證這些設備之間的良好兼容性，規范對電氣信號提出了信號完整性的要求。HDMI接口使用TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號）編碼技術，包含4對TMDS差分信號，其中TMDS.Clock.channel作為獨立的時鐘信號，用于同步和信號采集；TMDS.channel.0/1/2作為數據通道，用來傳輸視頻和音頻數據。例如，HDMI 2.0定義了每個通道最高6Gbps的速率，接口的總帶寬最高可達18Gbps，能夠滿足4Kp60Hz所需的17.82Gbps帶寬。

圖2. HDMI 2.1 FRL模式示意圖

隨著人們對視覺體驗要求的不斷提高，4Kp60Hz的顯示分辨率已無法滿足需求，8Kp60Hz和4Kp120Hz的體驗成為新的追求目標。然而，8Kp60Hz所需的帶寬約為64G（RGB/YCbCr 44格式），遠遠超出了HDMI 2.0的支持范圍。為此，HDMI協會引入了HDMI 2.1 FRL（Fixed Rate Link，固定速率鏈路）模式，通過提升通道數據速率和增加通道數量，實現了接口帶寬的增加，滿足了8Kp60Hz的需求。

在保持HDMI物理接口不變的情況下，每個通道支持的速率增加到了12Gbps，同時，原來的TMDS. Clock. channel被重定義為FRL.Lane3，共計有4個數據通道，從而實現了最高48Gbps的帶寬。信號的編碼方式也從TMDS的8b/10b改變為FRL的16b/18b格式，提高了編碼效率。

HDMI 2.1源端測試挑戰

與泰克解決方案

HDMI 2.1的測試項目眾多，以測試Lane0為例，測試信號是固定的碼型，規范定義了8種碼型Link training pattern 1～8，簡寫為LTP1～8，與HDMI 1.4b/2.0不同，對碼型有明確要求。測試信號速率固定，不隨分辨率變化。此外，還需要考慮其他lane的干擾，例如在HFR1-1項目中，測試Lane0時，需要Lane0發出LTP5碼型，Lane1/2/3分別發出LTP6/7/8的碼型，測試方法更為復雜。

圖3. HDMI 2.1 FRL測試內容

端接電壓的實現

泰克示波器及探棒能夠提供標準的3.3V端接電壓，滿足協會要求的一致性測試。在用戶自定義模式下，還可以提供可調的端接電壓，例如設置3.0V的端接電壓，用于驗證源端芯片在端接電壓變化時的情況。

圖4. 泰克有源探頭端接電壓調節

單端和差分信號的自動采集

在HDMI 1.4b/2.0測試中，采集單端信號和差分信號需要手動更改探棒硬件連接，過程繁瑣且無法自動化，導致測試效率低下。泰克的Tri-mode探棒（三模探棒）在測試軟件控制下，能夠交替工作在單端模式（A-GND和B-GND），無需硬件連接的改變，即可實現8個單端信號的采集，并自動計算差分信號，從而實現了全部項目的自動化。

此外，泰克還提供兩臺示波器級聯自動化方案，通過8個channel實現對8個單端信號的同時采集，進一步提高了測試效率。

圖5. 泰克三模探棒示意圖

解決測試復雜化的問題

圖6. 復雜的信道、均衡及串擾

隨著速率的提升，HDMI規范定義了新的均衡技術和cable模型，增加了測試過程的復雜性。規范定義了兩種Cable mode：Category 3 Worst Cable Mode（WCM3）和Category 3 Short Cable Mode（SCM3），以及兩種均衡：CTLE 1～8dB和DFE 1-tap d1 value 25mV。泰克方案針對這些情況，優化了算法，大大縮短了測試時間。

測試速率和碼型自動切換

以往測試需要手動更改分辨率來實現測試信號速率的變更。現在，泰克通過測試軟件與EDID/SCDC模擬器的配合，在SCDC（Status and Control Data Channel）offset 0x31中設置FRL Rate來確定測試信號速率，在offset 0x41/42中為每個Lane設置碼型，實現了測試需要的速率和碼型的自動切換，使測試過程完全自動化，提高了測試效率。

圖7. EDID/SCDC示意圖

泰克HDMI 2.1 FRL自動化

測試方案

泰克提供了兩種HDMI 2.1 FRL自動化測試方案：

配置一：DPO70000SX示波器級聯方案

兩臺DPO70000SX示波器通過UltraSync cable同步級聯，可以將8個通道的skew調整到1ps以內，確保所有單端信號采集的同步性。同時采集8個單端信號后，自動計算生成4對差分信號。測試過程無需更改硬件連接，信號路徑衰減小，測試速度快，效率高。搭配EDID emulator，可以實現速率和碼型的自動切換。

配置二：DPO70000SX示波器搭配Tri-mode探棒

利用Tri-mode探棒的特性，在測試軟件控制下，交替工作在單端模式（A-GND和B-GND），分次完成對8個單端信號的采集。測試過程同樣無需更改硬件連接。示波器會對探棒進行自動去嵌，消除探棒對信號的影響。兼顧了成本和效率，同樣通過EDID emulator實現自動化的測試。

示波器帶寬的考量

HDMI 2.1規范中推薦示波器帶寬為23GHz或以上。從上升時間和帶寬的角度來看，HDMI 2.1信號允許的最快上升時間是22.5ps（20%-80%）。示波器測量到的上升時間可以用以下公式計算：

從下表可以看到，帶寬越高，上升時間的測量誤差就越小。

圖8. 示波器上升時間的考量

從帶寬角度看，示波器的帶寬定義為觀察到的正弦波幅度衰減-3dB的頻率。在實際測試過程中，非正弦波信號需要考慮3次～5次諧波。HDMI 2.1信號速率最高12Gbps，基頻是6GHz，3次諧波頻率是18GHz，16GHz帶寬的示波器測量到3次諧波成分會被衰減超過-3dB。

如果被測HDMI 2.1 DUT的FRL最高速率沒有達到上限12Gbps，可以根據實際速率評估示波器的帶寬需求。簡單來說，為了保證更好的測量精度以及測試的合規性，示波器的帶寬越高越好。

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總結

泰克示波器憑借通道可調端接電壓、Tri-mode探棒的單端特性/示波器級聯特性，以及與EDID/SCDC模擬器的配合，實現了HDMI 2.1 FRL源端測試的真正自動化，大幅提高了測試效率。專門針對FRL信號的優化算法加快了測試速度，幫助客戶快速驗證HDMI 2.1產品，加速產品市場化進程。隨著HDMI技術在車載娛樂系統中的廣泛應用，泰克的測試解決方案將繼續為工程師提供強大的支持，助力車載娛樂系統的發展和創新。

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