设备管理_智能移动设备数字接口测试培训指南

安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 1 智能移动设备智能移动设备 数字接口测试指南数字接口测试指南 (V 1.0) 李凯李凯 安捷伦科技安捷伦科技（中国）（中国）有限公司有限公司 2013 年年 4 月月 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 2 目录目录 前言 4 一、MIPI CSI/DSI 简介及信号和协议测试方法 5 1、MIPI CSI/DSI 简介 5 2、MIPI CSI/DSI 物理层（D-PHY）信号质量测试方法 . 9 3、MIPI CSI/DSI 的协议测试方法 . 13 二、MIPI M-PHY 简介及信号和协议测试方法 18 1、MIPI M-PHY 简介 . 18 2、MIPI M-PHY 的信号质量测试方法 . 21 3、MIPI M-PHY 的协议解码 . 25 三、DigRF 简介及信号和协议测试方法 30 1、DigRF 简介 . 30 2、DigRF 物理层(M-PHY)测试方法 . 32 3、DigRF 协议层测试方法 34 四、DDR2/3/4 简介及信号和协议测试方法 38 1、DDR 内存简介 . 38 2、DDR2/3/4 信号测试分析方法 . 38 3、DDR2/3/4 协议测试方案 . 47 五、USB2.0 简介及信号和协议测试方案 55 1、USB2.0 简介 . 55 2、USB2.0 的信号质量测试方法 . 57 3、USB2.0 协议层测试方法 . 63 六、USB3.0 简介及信号和协议测试方案 68 1、USB3.0 简介 . 68 2、USB3.0 的发送端信号质量测试 . 70 3、USB3.0 的接收容限测试 . 74 4、USB3.0 的电缆、连接器测试 . 81 5、USB3.0 的协议测试 . 84 七、HDMI 1.4 简介及信号和测试方案 . 86 1、HDMI 1.4 简介 . 86 2、HDMI 1.4 高速 TMDS 信号的物理层测试 . 91 3、HDMI 1.4 的协议层测试 94 4、HDMI 1.4 HEAC 的测试 . 96 八、MHL 简介及信号和协议测试方法 . 100 1、MHL 简介 . 100 2、MHL 信号测试方法 . 102 3、MHL 的接收端测试方法 . 106 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 3 4、MHL 的协议测试方法 . 109 九、DisplayPort 技术简介及物理层测试方案 . 112 1、DisplayPort 简介 . 112 2、DisplayPort 的 Source 信号质量测试 115 3、DisplayPort 的 Sink 设备接收容限测试 . 121 4、DisplayPort 的 Cable 测试 . 123 5、MYDP 简介及测试 126 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 4 前言前言 现代的智能移动设备已经不仅仅要满足基本的语音通话要求， 而是越来越多现代的智能移动设备已经不仅仅要满足基本的语音通话要求， 而是越来越多 地具备了更强的影音娱乐功能、更高像素的摄像头、更大的显示屏、更强的数地具备了更强的影音娱乐功能、更高像素的摄像头、更大的显示屏、更强的数 据处理和运算能力据处理和运算能力，这就使得现代的智能移动设备内部开始广泛采用，这就使得现代的智能移动设备内部开始广泛采用 MIPI、 DigRF、USB、HDMI、MHL 等高速数字接口。这些高速接口的数据速率达到等高速数字接口。这些高速接口的数据速率达到 了几百了几百 Mbps 甚至几甚至几 Gbps， 其， 其包含包含频率范围达到甚至远远超过了移动设备内部频率范围达到甚至远远超过了移动设备内部 射频的频率范围，对于数字和基带的设计和测试工程师带来了严峻的挑战。射频的频率范围，对于数字和基带的设计和测试工程师带来了严峻的挑战。 Agilent 公司做为全球最大的测试测量设备公司，一直紧跟各种最新标准的公司做为全球最大的测试测量设备公司，一直紧跟各种最新标准的 进展，提供了业内最先进、最广泛的移动设备内部、外部高速数字接口解决方进展，提供了业内最先进、最广泛的移动设备内部、外部高速数字接口解决方 案。本测试指南的目的是对这些测试方案做个归纳总结，以方便从事智能移动案。本测试指南的目的是对这些测试方案做个归纳总结，以方便从事智能移动 设备的开发和设计人员参考设备的开发和设计人员参考。本指南力求简单直观地方便读者快速了解各种接。本指南力求简单直观地方便读者快速了解各种接 口总线的口总线的发展历程以及测试中的难点和重点，不周全之处在所难免，同时发展历程以及测试中的难点和重点，不周全之处在所难免，同时由于由于 各种接口标准、测试方案更新很快，各种接口标准、测试方案更新很快，文中如有疏漏之处会在后续版本更新，请文中如有疏漏之处会在后续版本更新，请 见谅。见谅。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 5 一、一、MIPI CSI/DSI 简介及信号和协议测试方法简介及信号和协议测试方法 1、MIPI CSI/DSI 简介简介 对于现代的智能手机或 PAD 来说， 其内部要塞入太多各种不同接 口的设备，给手机的设计和元器件选择带来很大的难度。下图是一个 智能手机的例子，我们可以看到其内部存储、显示、摄像、声音等内 部接口都是各不相同的。即使以摄像头接口来说，不同的摄像头模组 厂商也可能会使用不同的接口形式， 这给手机厂商设计手机和选择器 件带来了很大的难度。 MIPI (Mobile Industry Processor Interface)是 2003 年由 ARM, Nokia, ST ,TI 等公司成立的一个联盟()，目的是 把手机内部的接口如摄像头、 显示屏接口、 射频/基带接口等标准化， 从而减少手机设计的复杂程度和增加设计灵活性。MIPI 联盟下面有 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 6 不同的 WorkGroup，分别定义了一系列的手机内部接口标准，比如 摄像头接口 CSI、显示接口 DSI、射频接口 DigRF、麦克风/喇叭接 口 SLIMbus 等。统一接口标准的好处是手机厂商根据需要可以从市 面上灵活选择不同的芯片和模组，更改设计和功能时更加快捷方便。 MIPI 组织主要致力于把移动通信设备内部的接口标准化从而减 少兼容性问题并简化设计。下图是按照 MIPI 组织的设想未来智能移 动通信设备的内部架构。 目前已经比较成熟的 MIPI 应用有摄像头的 CSI 接口、显示屏的 DSI 接口以及基带和射频间的 DigRF 接口。UFS、LLI 等规范正在逐 步制定和完善过程中。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 7 CSI/DSI的物理层 （Phy Layer） 由专门的WorkGroup负责制定， 其目前采用的物理层标准是 D-PHY。D-PHY 采用 1 对源同步的差分 时钟和 14 对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用 DDR 方 式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。 D-PHY的物理层支持HS(High Speed)和LP(Low Power)两种工 作模式。HS 模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很 高的数据速率（数据速率为 80M1Gbps） ； LP 模式下采用单端信 号，数据速率很低（122k 个测量/秒。最大测量速度反映了示波器 的测量能力，越快表示在单位时间内测量的数据量越大，测量 结果越可靠。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 74 USB3.0 测试软件：提供图形化的测试设置和连接向导，自动 生成 HTML 格式测试报告。 USB3.0 通道嵌入：可以支持硬件的方式模拟 USB3 传输通道 对信号的影响，也可以直接直接加载 USB3 传输通道 S 参数文 件。 USB3.0 信号分析算法：内嵌 USB 协会提供的 Sigtest 脚本， 保证测试结果和 USB 协会提供的官方算法完全一致。 USB3.0 信号调试：提供调试模式，可以根据需要对 USB3.0 的近端信号进行测试，也可以用通用的眼图测试方法对信号进 行分析。 USB3.0 信号校准： 可以在 RX 测试软件的控制下对误码仪的输 出信号进行自动的幅度、抖动、眼高等的校准并自动保存校准 结果。 USB3.0 协议分析仪：支持对捕获到的 USB3.0 的波形进行协 议解码，帮助用户解析波形里传输的实际数据内容。 3、USB3.0 的接收容限测试的接收容限测试 USB 3.0规范除了对发送端的信号质量有要求外，对于接收端也 有一定的抖动容限要求以保证在高数据速率下能正常工作。 接收抖动 容限的测试方法在DUT环回(loopback)模式下进行误码率测量。即用 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 75 一台高性能的脉冲码型发生器产生精确可控的带抖动的信号通过测 试夹具送给DUT的RX端，DUT再把接收到的数据通过其TX端环回回 来，然后测量环回回来的数据里面的误码率。 这个测试对于激励源也即码型发生器的要求很高。首先其要能产 生高质量的USB3.0的5Gbps的数据流，其固有抖动要非常小才不会 影响正常的抖动容限测试；其次其要能再数据流上调制上幅度、频率 精确可控的抖动分量。 抖动分量里除了要有2.42ps(RMS)的随机抖动 RJ外，还要有不同频率和幅度的周期抖动。测试中需要测试很多种 组合条件并保证在所有情况下误码率都小于10E-12。 Agilent 的USB 3.0方案解决了所有这些问题，N4903B J-BERT 高性能误码仪能产生激励设备所需要的各种码型， 包括在抖动容限测 试中向被测对象施加特定抖动信号的能力。 在环回测试模式需要同时 测试在施加抖动后环回回来的数据的误码率，这个功能可以通过在 N4903B中增加SER/FER选件来直接进行误码率测量， 也可以使用专 用的USB3.0的协议分析仪来检测误码率。 以下是USB3.0接收测试需 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 76 要的主要设备: N4903B 7Gbps 高性能误码分析仪。用于产生带抖动的 USB3.0 信号并检测环回信号误码率 N4916B ：预加重模块。用于产生测试需要的-3db 的预 加重信号 USB3ET： USB3.0 ISI channel。 用于产生测试需要的 ISI 抖动 N5990A ：自动测试软件。用于控制示波器完成校准和控 制 N4903B 完成 USB3.0 接收端的自动测试并生成测试 报告 U7242A ：USB3.0 测试夹具 。用于连接被测设备 DSA91304A/DSA90000X 高带宽实时示波器。用于测试 前校准 N4903B 产生的信号 其它：测试电缆、隔直电容、转接头等 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 77 接收端的测试中还需要用到USB-IF提供的USB3.0的测试夹具， 用户模拟3m长的USB3.0电缆以及Host/Device上PCB走线造成的ISI 的影响。下图是Device的接收测试用到的ISI channel。 N5990A 软件可以控制示波器在 TP1 点对 N4903B 输出的信号进 行校准，并保存校准结果。校准项目包括低频抖动、高频抖动、随机 抖动、SSC、输出信号幅度。校准结果可以保存下来以备以后调用。 校准完成后可以按组网图连接被测设备， 并在 N5990A 软件中选择测 试项目进行测试。一致性测试只测测试规范要求的 Test case 中的测 试组合。如果选择容限测试，还可以增加更多的测试点。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 78 运行后，测试软件会自动控制 N4903B 和被测设备协商使其进入 loopback 的测试模式， 然后根据 Test case 的要求对各种抖动组合进 行测试。对于每个测试项目，N5990A 软件会根据误码率统计结果判 决测试是否通过测试结果会以 Excel 的格式输出， 结果中会显示测试 设置、测试项目、测试结果等信息。如果只是做一致性测试，只有协 会规定的测试组合的结果。如果开始选择了容限测试，更多测试点的 结果也可以显示出来。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 79 采用Agilent公司的N4903B误码仪和N5990A软件做USB3.0的接 收测试主要优点如下： 信号上升时间（20%80%） ：100 dB 低本底噪声， 以便于进行精确和可重复的测量: 0.0023 dBrms， 条件是 IFBW 为 70 kHz 迅捷的测量速度，用于实时分析: 1601 个点位时，执行 2 端 口全校准情况下，测量速度为 41毫秒 自动偏斜消除技术确保能轻松地消除夹具和探头效应 可进行全校准，以获得最高的测量精度 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 84 5、USB3.0 的协议测试的协议测试 对于需要做USB3.0的协议分析的场合， Agilent还提供了U4611B 的协议分析仪。U4611B 支持 USB2.0 和 USB3.0 的总线协议解码分 析， 最大可以捕获18GByte的数据进行协议分析并进行总线使用率、 包传输性能等的性能统计分析。 下图是其典型测试环境和测试软件界 面。 对于需要对USB 3.0总线的容错性、 可靠性进行测试场合， Agilent 还提供了 USB3.0 的总线错误注入器 U4612A。U4612A 可以插入到 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 85 正常工作的 USB 3.0 总线上，并模拟各种总线上的协议错误，以验 证操作系统和应用软件在遇到总线故障时的可靠性。 综上可见，USB 3.0 是 PC 和外设做互连的下一代高速总线，其 数据速率高达 5Gbps， 测试方法也和原来的 USB2.0 不太一样， 具体 涉及到发送测试、接收测试、电缆测试、协议分析等。Agilent 公司 一直做为业内最大的测量仪器厂商， 一直在紧密跟踪 USB3.0 测试标 准的变化并提供了业内最全面的测试解决方案。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 86 七、七、HDMI 1.4 简介及信号和测试方案简介及信号和测试方案 1、HDMI 1.4 简介简介 HDMI 是个非常成功的显示接口，在高清显示领域基本普及。目 前 HDMI 1.2 已经淡出市场，主流的是 HDMI1.3。出于对于更多功能 和广泛应用支持的目的，HDMI 组织在 09 年 6 月正式发布了 HDMI 1.4的产品规范， 并在 09年11月正式发布了HDMI 1.4的测试规范。 HDMI 1.4 向下兼容 1.3，其总线最高数据速率还是 10.2Gbps，相对 于 1.3 来说没有提高，主要是增加了一些新的功能和应用。比如： 在 HDMI 接口上增加了个双向的 100M 以太网通道。现在很多 机顶盒、游戏机都有网口，可以上网，但是每台设备都接根网 线就很麻烦，电视上通常会有不止一个 HDMI 口，而且是这些 设备的中心，所以如果所有需要联网的设备都通过电视的 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 87 HDMI 接口上网就可以把网线省了。这也适应了以后数字家庭 的需求，因为可以远程控制。但是最开始 HDMI 做接口定义时 没有考虑以太网通道，所以现在只能把 HPD 和一个原来没用 的 Utility 管脚用来传以太网的正负差分信号。 由于 HPD 管脚本 来还有一些其它作用，而且 100M 网需要双向传输，所以又加 了一些 AC 耦合和收发分离电路， 用于把直流信号、 交流信号、 共模信号、差分信号分离出来。 音频回传通道。通常家里的 DVD 会驱动音响播放声音，同时 通过 HDMI 接口驱动电视显示图像。 当然电视也可以播放声音， 但效果会差一些。所以如果电视直接接收的有线信号想通过音 响播放的话就需要再反过来从电视朝 DVD 送一组音频线，这 样就很麻烦。现在 HDMI 1.4 里增加了反向的音频回传通路， 这样如果电视想通过音响播放声音就直接通过 HDMI 口回送给 DVD 就可以了。这个回送路径也是通过刚才提到的 HPD 和 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 88 Utility 管脚实现的。所以这两个功能合起来叫 HEAC(HDMI Ethernet and Audio Return Channel)，这是 HDMI 1.4 新的名 词。 新的连接器。针对移动应用增加了 Type D 的连接器，针对车 载应用增加了 Type E 的连接器。现在一些高端的手机中也在 考虑增加 HDMI 接口，见过 HDMI 接口的人都知道这种连接器 （电视上都是 Type A 的）相对手机来说太大了，虽然 HDMI 以前也定义了 Type C 的比较小些的连接器，但相对手机等移 动应用还是有点大，所以 Type C 的连接器基本没推广起来。 现在 HDMI 1.4 里定义的 Type D 连接器长度只有不到 6mm， 和 Mini USB 的大小差不多，所以在手机等移动设备上推广起 来尺寸不再是问题。而对于一些车载的影音设备来说，传统的 HDMI 连接器在振动、高温的环境下不太可靠，所以新定义的 Type E 的连接器有自锁结构，更加适应车载环境。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 89 3D 图像和更高分辨率的支持。 通常 2D 显示设备设备显示的是 2 维图像， 现在有些新的显示设备可以显示 3D 图像 （目前还不 太成熟）。人眼之所以能看到 3 维的信息是因为左右眼看到的 图像稍有差异， 要实现 3D 的效果就需要显示设备能同时显示 2 幅视角稍有差异的图像并分别送到左右眼。同样的，就要求视 频播放设备也能在传统的一个视频帧里同时传送左右眼的 2 帧 图像，新的 HDMI 1.4 标准提供了对这种数据格式的支持。同 时，为了显示更大的画面，HDMI 1.4 里支持的最高分辨率提高 到了 41962160，比原来的 1080p 显示画面面积大了 4 倍。 不过由于 HDMI 1.4 接口的最高数据传输速率没有提升，所以 4k2k 分辨率情况下的最大帧频只能到 24Hz。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 90 综合可见，HDMI 1.4 相对与 HDMI 1.3 来说的改进更多的是在 应用层面上拓宽 HDMI 的应用领域和应用范围，HDMI 1.4 的推出 对于进一步普及 HDMI 接口会有比较积极的作用。 为了应对 HDMI 1.4 的测试需求，Agilent 作为 HDMI 测试的领军厂商也及时推出 了相应的解决方案，其和传统的 1.3 的测试的区别在于增加了 HEAC 的测试项目以及相应的一系列新的夹具。 目前 HDMI 1.4 的 CTS（一致性测试规范）已经正式发布，SillicanImage、ADI 等已 有商用的芯片正式推出，所以 HDMI 1.4 在未来的 12 年应该会 很快普及。 对于设备提供商来说，最重要的是保证产品的互操作性以获得 良好的用户体验。物理层包括 3 对差分数据和 1 对差分时钟。HDMI 的物理层测试分为源设备测试、电缆测试和接收设备的测试。 除了 物理层以外， 协议层和新增的 HDMI 的以太网通道和音频回传通道也 需要测试。 测试可以使您更了解您的被测设备。如果这个了解是在早期的 设计阶段的话， 就可以及时采取相应的措施改进。 做为一个采纳者， 您必须把您的 HDMI 产品提供给 HDMI 的 ATC 做认证测试。Agilent 可以给认证前的调试和特性测试提供支持。 下面将简单地介绍一下高速源设备、电缆、接收设备的电气测 试以及协议、音频、视频测试，然后详细介绍一下以太网和音频回传 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 91 通道的测试，因为这些是新增的功能。 2、HDMI 1.4 高速高速 TMDS 信号的物理层测试信号的物理层测试 这一部分是 HDMI 的传统测试项目， 相对于以前方案变动不大， 主要涉及一些软件和夹具的更新。 HDMI 1.4 源设备的测试：源设备的测试： 一致性测试包括几个测试项目如低电 平、差分上升/下降时间等，以及用时钟恢复方法进行的眼图和抖动 分析。示波器是 Agilent 源设备测试的核心。这些实时示波器的高带 宽、 低噪声以及优异的探头技术保证了清晰的眼图和真正的裕量测试。 比如，接收眼图的测试用于验证接收设备的最小接收电平。如果示波 器噪声指标较差，其测试结果就有可能会欺骗你，因为它给出了比实 际更小的电平裕量，从而造成对设计的错误估计。 由于 HDMI 1.4 最高信号速率相对于 1.3 没有变化， 所以需要的示波器和探头带宽和 原来没有变化，都是 8GHz；但由于增加了 HEAC 的通道，所以需要 新的夹具把 HEAC 信号引出，同时需要新的测试软件来支持 HEAC 信号的测试。以下是 HDMI 1.4 源设备测试推荐的仪器： 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 92 实时示波器 DSO/DSA 90000A 系列 8GHz 或更高带宽 探头放大器 1168A 或 1169A (最少 2 个，推荐 4 个) SMA 探头前端 N5380A （ 最少 2 个，推荐 5 个） 一致性测试软件 N5399B 测试夹具 N1080B H01,-H03 HDMI 1.4 电缆和连接器的测试：电缆和连接器的测试： 确认电缆和连接器的质量非常 重要，因为它会影响到显示质量。需要测试时延、串扰、衰减、阻抗 等。时间参数如时延和眼图的测试可以用实时或采样示波器。衰减、 阻抗的测试更多是用矢量网络分析仪。通过这些推荐的测试设备，可 以更快、 更精确地测试 HDMI 电缆的特性。 这一部分相对于 HDM 1.3 来说主要是增加了 TypeD 和 TypeE 的连接器，所以这些接口和电缆 的测试需要新的夹具，测试夹具可以从 Agilent 的合作伙伴 Bitifeye （）购买。以下是 HDMI 1.4 电缆和连接器测试推 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 93 荐的仪器： DCA-J 主机 86100C TDR 模块 54754A *2（或 54754A+86112A） ENA 系列网络分析仪 E5071C -480 选件 4-port 射频电子校准件 E4431B -010 Type A 测试夹具 N1080B Type D/E 测试夹具 Bitifeye 提供（） HDMI 1.4 的接收设备测试：的接收设备测试：接收设备测试需要 TMDS 的信号发 生器产生不同频率的测试码型。 操作者从视觉上判断图像是否正确显 示。测试码型需要加扰以验证设备的一致性和特性。接收设备测试中 常见的问题有：噪点、水平或垂直方向的抖动、不正确的颜色等。 Agilent E4887A TMDS 信号发生器可以提供所有的并行时钟和数据 信号，其固有抖动很小，跳变沿很快。接收设备测量的精度取决于信 号源的噪底（固有抖动） 。信号源越精确，对于您的接收设备的了解 会越深刻。在抖动容限的测试中，需要注入可控、精确校准的抖动。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 94 其它的需求包括时钟和数据通道要有独立的信号源， 这样可以在时钟 和数据通道上分别注入不同抖动以进行精确测试。这一部分相对于 HDM 1.3 来说主要是在软件中增加了深色、 3D、 高分辨率的支持等， 所以主要是 N5990A 自动测试软件的升级。HDMI 1.4 接收设备测试 除了 E4887A 外，还需要很多测试附件，这里不再一一列出。 3、HDMI 1.4 的协议层测试的协议层测试 前面讨论的都是高速 TMDS 信号物理层的测试， 下面将关注其 它的测试项目， 包括协议测试、 HDMI 的以太网通道和音频回传通道。 后面我们将用“HEAC”这个词来指 HDMI 的以太网通道和音频回传通 道。协议测试比如深色的测试在 HDMI1.3 里已经有要求，HEAC 测 试是HDMI1.4新增的要求。 HEAC测试独立于高速信号和协议测试， 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 95 可以用低成本的测试设备实现。 对于 EDID/DDC/CEC 的测试仍然使用 QuantumData 公司的 882CA，CEC/CDC 的测试还可以用 Simplay 公司的 SL-309 实现。 对于高速的音视频格式等协议测试，HDMI 1.3 时会用到 Agilent 的 N5998A 协议分析仪， 现在最新的 HDMI1.4 的协议分析仪是 U4998A。 U4998A 可以用于源设备的协议分析测试和接收设备的协议生成测 试，其内部包含协议分析仪、视频时序分析仪、视频图像分析仪、音 频时序分析仪和音视频协议发生器。 这个设备支持包括深色在内的协 议和音频码型，其软件还提供了预先定义的音视频文件。这一部分相 对于 HDM 1.3 来说主要是增加了对 3D、高分辨率的支持等，如 3D 视频包含 2 倍以上的图像信息，其格式比 2D 的更复杂。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 96 4、HDMI 1.4 HEAC 的测试的测试 HDMI 1.4 的 HEAC 测试： 类似于高速信号的物理层测试方案， 如果您的设备支持新的 HEAC 功能的话，就也需要进行以太网和音 频回传通道的物理层测试。 HEAC 发送端信号质量的测试可以通过升 级示波器的 HDMI 测试软件并增加 HEAC 测试夹具完成，测试过程 需要通过 CEC/CDC 控制通道来使能 HEAC 的传输，所以还需要 CEC/CDC 控制器配合测试， CEC/CDC 控制器可以用 QuantumData 公司的 882CA 或 Simplay 公司的 SL-309 实现。 而 HEAC 接收端的测试就需要 HEAC 的信号源。 HEAC 的信号 可以用 Agilent 的 81150A 双通道任意波形发生器产生，如果需要同 时产生以太网信号和音频信号的话需要 2 台 81150A。 下图显示了 HEAC 接收测试的设置， 您可以验证被测设备在规定的最差条件下是 否正常工作。HDMI 的以太网通道(又称 HEC)和音频回传通道(又称 ARC)的物理层功能必须测试，ARC 还要测协议层功能。 以太网是 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 97 一个差分双向 125Mbit/s 的链接，可以同时收发数据。这个测试需要 产生 3 电平信号。 测试码型是一个 ARP 的请求包， 向被测设备发送 ARP 包并用示波器检查回应。和普通百兆以太网不太一样的在于： 普通百兆以太网收发信号分别用 2 对差分线， 而 HDMI 的收发都在一 对差分线上传输，由于链接是双向的，所以要从回应信号中减去发出 的信号； 同时由于同时有共模的音频信号传输， 所以在用第1台81150 产生差分以太网信号的同时还需要第 2 台 81150 产生共模的干扰信 号。 对于音频测试来说，则是用第 2 台 81150 产生共模的音频测试 信号，第 1 台 81150 产生差分的干扰信号，测试中被测件要发出没 有噪音的声音。81150A 比较特别的一点在于改变信号参数时信号中 不会产生任何毛刺从而造成异常的情况。 5、HDMI 1.4 测试总结测试总结 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 98 以下是 Agilent 的全套 HDMI 1.4 测试方案， 源设备、 接收设备、 电缆/连接器的测试是在原来 HDMI1.3 的基础上进行一些软件和夹具 的更新，协议层测试也主要是软件升级，HEAC 的接收测试需要增加 新的 HEAC 的信号源以及相应的测试设备。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 99 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 100 八、八、MHL 简介及信号简介及信号和协议和协议测试方法测试方法 1、MHL 简介简介 随着高清概念的逐渐普及，HDMI 做为最常见的高清数字影像接口目前已经 在机顶盒、DVD、台式机、笔记本、高清电视、显示屏等上面得到广泛的应用。 高清技术的下一个革新在于如何在手机、平板电脑、游戏机等移动设备上增加相 应接口。我们知道，在 HDMI1.4 的标准里定义了 Type D 型的连接器，其紧凑 的尺寸可以适应便携设备对于空间的苛刻要求， 但是这并没有从根本上解决问题。 对于现代的智能手机、平板电脑、游戏机等这些追求便携的电子设备来说，如果 为了显示高清影像的需要再额外增加一个19pin的HDMI接口无疑是对结构设计 的很大挑战，那么有没有更好的方案呢？ MHL(Mobile High-Definition Link)标准制定的目的就是为移动设备提供高 清的音视频接口。MHL 针对移动应用做了优化，比如可以用更少的管脚进行信 号传输，连接时可以对移动设备进行充电等。MHL 可以用 HDMI 的 TypeA 连接 器进行信号传输，也能够借用移动设备中常见的 5pin 的 microUSB 接口。支持 MHL 的 uUSB 口连接 USB 设备则工作在 USB 模式，连接是 MHL 设备则工作 在 MHL 模式。下图是 MHL 和 USB 公用连接器时的信号定义。 MHL 和 HDMI 一样，把输出音视频信号的设备如 DVD、机顶盒、手机、平 板电脑等称为 Source 设备（源设备） ，把接收和显示输出音视频信号的设备如 显示器、电视等称为 Sink 设备，中间的是连接电缆。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 101 MHL用类似HDMI的高速TMDS(传输最小差分信号)信号进行高速音视频信 号的传输，但是具体实现上和 HDMI 又不太一样。HDMI 使用了 4 对高速 TMDS 差分线，1 对用于传输高速时钟，另 3 对高速差分的数据线分别用于红绿蓝信号 的传输。HDMI 总线上时钟速率通常是信号速率的 1/10，比如时钟速率是 148.5MHz， 则 3 对数据线上传输的数据都速率就都是 1.485Gb/s。 HDMI1.3/1.4 的标准中定义的最高数据速率是 3.4Gb/s。对 MHL 来说，由于只使用一对差分 线，这就会带来 2 个问题。首先红绿蓝的数据必须都复用在一对差分线上传输， 数据速率变成像素时钟速率的 30 倍，受差分线最高传输速率的限制，MHL 能够 支持的最高分辨率和色彩空间相对于标准的 HDMI 要有所下降。 其次， 由于没有 单独的差分对可供时钟信号传输，必须考虑其它的时钟传输方式，在 MHL 中采 用了差分对的共模信号来进行信号，这点和 HDMI1.4 里实现 HEAC(以太网和音 频回传通道)的方式有些类似。 因此 MHL 的测试中需要把差分对的共模信号提取 出来才能进行眼图和抖动的测试。按照 MHL 规范的要求，在 24bit 的色彩模式 下，MHL 的时钟速率在 25MHz75MHz 间，这个速率可以支持 1080i 或 720p 的分辨率。下图是 MHL 的数据和时钟传输方式以及真实的信号波形。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 102 除了用一对差分线做高速音视频和时钟信号的传输以外，MHL 规范还定义 了一个 C-BUS 作为控制通道。C-BUS 是个点到点的双向的单线连接，工作电压 为 1.8V， bit 速率为 1Mbps。 在设备上电阶段， Source 会通过 Sink 设备在 C-BUS 的下拉电阻检测到 Sink 设备的插入，并通过 C-BUS 读取 Sink 设备的 EDID 信 息以确定合适的分辨率输出。 除此以外， C-BUS 还可以用于内容保护以及对 Sink 设备进行配置等。在实际测试中，也需要用专用的 C-BUS 控制器控制 DUT 或 使用 MHL-HDMI 的 dongle 设备，以使 DUT 检测到有效的 C-BUS 活动从而输 出正常的 MHL 信号。 2、MHL 信号测试方法信号测试方法 Agilent 公司在 MHL 标准的制定阶段就参与到其中，并在业内最先推出了全 套 MHL 的测试方案。 对于源设备来说， 其测试需要的设备主要有高带宽示波器、 探头、MHL 夹具以及 MHL 的自动测试软件。MHL 测试需要 8GHz 带宽的示波 器和探头， Agilent 推荐的示波器型号是 DSA90804A， 此如果用户已经有这款或 类似示波器在做 HDMI 测试，可以在这个基础上直接进行升级。MHL 测试典型 连接图如下。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 103 测试中用测试夹具把被测的 MHL 信号引出，并跟据不同的测试项目选择不 同的测试连接方式。MHL 信号测试的项目主要分为以下几类： 单端信号测量：主要是测试 MHL+/-两根信号线各自的高低电平、待机电 平、线对间时延等参数。 差分测量： 主要是测试 MHL+/-两根信号线相减后信号的上升、 下降时间、 摆幅等参数。 共模测量：主要测试共模时钟信号的上升、下降时间、摆幅、抖动、占空 比等参数。 信号眼图测量： 即测量差分数据信号相对于提取出的共模时钟信号的眼图。 根据 MHL 规范的要求，MHL 的 Source 设备的测试需要用测试夹具在 TP1 点进行测试，TP1 点即 Source 设备的信号输出的连接器处。测试夹具用于把测 试信号引出， 夹具上需要有相应的电路能分别分别检测出共模的时钟信号和差模 的数据信号。测试夹具应满足 MHL 分别对差模和共模阻抗的要求，即共模阻抗 Zct30，差模阻抗 Zdt100。测试夹具除了提供相应的信号匹配外还有相 应的单端、差模信号和共模时钟提取电路，以方便把单端、差模信号和共模时钟 提取出来进行信号测试。为了使 DUT 能够输出 MHL 的信号，测试中测试夹具 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 104 还连接专用的 C-BUS 控制来控制 DUT 产生测试信号。没有 C-BUS 控制器时也 可以接 MHL 转 HDMI 的 dongle 设备。下图是 MHL 的测试夹具。 由于 MHL 测试项目很多，不同测测试需要不同的连接和设置，没有指导的 话人为操作很容易出错， 且不同测试项目设置参数不一样可能也会得到不同的测 试结果。为了提高测试效率并保证测试结果的一致性，Agilent 在业内最早提供 了 N6460A 的 MHL 一致性测试软件。 在测试软件中选择相应测试项目后，测试软件会有图形化的设置来指导如何 连接探头、夹具以及被测件。当 DUT 产生出需要的被测信号后，测试软件就会 自动捕获信号进行测试和分析，并把测试结果保存成测试报告。下图是软件实际 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 105 运行时的情况。 软件运行完成后会自动生成相应的测试报告，列出测试项目是否通过以及详 细的测试结果。下图是最后 生成的测试报告。 下面是 MHL 源设备测试的典型配置： 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 106 示波器: DSA90804A 高带宽示波器1 探头: 1169A 探头放大器2 N5380A SMA 差分探头前端2 E2678A 插孔式探头前端1 测试软件: N6460A MHL 信号一致性测试软件1 测试夹具: BIT-1070-0000-0 (从 Bitifeye 购买，)1 其它： MHL C-bus 控制器或 HDMI-MHL 的 dongle 设备（用户自备） 3、MHL 的接收端测试方法的接收端测试方法 前面关于 MHL 的信号测试部分主要针对 MHL 的源设备（Source 设备）如 手机等，其产生的信号质量好坏是通过示波器和相应的夹具、探头、软件配合完 成。而对于 MHL 的接收设备（Sink 设备）如显示器、电视等来说，其主要用于 接收 MHL 的信号并进行显示。高速的 MHL 信号经过电缆传输以后信号质量都 会有比较大的恶化，最典型的影响是由于线路损耗、电路噪声、串扰等带来的信 号抖动以及幅度的变化，如果接收设备对于恶劣信号的容忍能力不够，可能就会 出现一些兼容性的问题，最典型的表现是更换不同的源设备、电缆或工作环境时 出现显示不正常的情况。当然，这并不是说让被测设备对于任意恶劣的信号都能 接收， 而是说对于一些规定的恶化程度的信号要能正常接收，这样才有一个标准 可以遵循。按照规范，这些信号恶化包括信号直流电平的变化、信号共模和差模 电压的变化、信号的抖动以及差分线间时延差的变化。为了精确地模拟出各种信 号的恶化情况，就需要有一台参数可控的 MHL 信号发生器，这台发生器要能够 在程序的控制下精确模拟出各种恶化后的信号来对被测件进行测试，这就是 MHL 的接收容限测试。 对于很多做 MHL 设备开发的人员来说，大部分都是从事过 HDMI 设备的开 发的。HDMI 的 Sink 设备测试绝大部分用户和官方的 HDMI 认证实验室使用的 都是 Agilent 的 E4887A 的 HDMI 信号发生器。E4887A 是台模块化的多路高速 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 107 码型发生器，在 HDMI 测试中用于产生多路的高速 HDMI 信号并对信号进行抖 动、时延、幅度等的恶化。为了保护用户已有的投资，Agilent 的 MHL 接收设备 测试也是基于 E4887A 的平台， 当然需要对这个平台进行一些软件上的升级并增 加一些 MHL 测试的附件如测试夹具、时间转换器（TTC） 、通道模拟器等。下图 是 HDMI 和 MHL 的测试平台的比较，我们可以看到主要的测试设备没有太大变 化，只是外部接线的方法和测试附件、测试软件有一些变化。 对于 MHL 测试来说，由于不需要象 HDMI 那样同时产生 4 路输出信号（1 路 clock 和 3 路 data） ，所以引线相对较少。但是由于 MHL 信号中有共模的时 钟信号和差模的数据信号， 所以需要占用码型发生器的 2 个通道用来合路成真正 的 MHL 信号。另外 MHL 需要用到一些特殊的测试夹具、电缆仿真器、时间转 换器等，下图是 MHL 接收端测试用到的测试夹具。 除了硬件设备以外，测试软件的配合也是必不可少的。针对 MHL 的接收设 备测试 Agilent 也提供了 N5990A 的测试软件平台。N5990A 有不同的选件分别 针对不同的应用，比如有的选件针对 PCIE，有的选件针对 USB3，有的选件针 对 MHL 等。 N5990A 软件采用向导式的设计，配置完测试设备的属性后直接进入测试界 面， 测试软件会控制测试设备产生出符合 MHL 的帧格式和电气要求的信号码流， 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 108 测试中是通过判断接收后显示图像是否正常来验证接收设备的接收能力。 下图是 N5990A 软件的设置和测试界面。 测试软件在测试中要控制测试设备产生符合规定的恶化程度的信号，这个信 号即不能恶化得不够，也不能恶化过了，那么如何保证信号的恶化程度符合规范 呢？这就需要对输出信号进行校准。 因此测试软件在运行测试前会先把输出信号 接示波器进行校准，如果恶化不够，就再增加点恶化，比如如果摆幅不够就再增 加一下摆幅、抖动过了就再减小些抖动。校准完成后校准数据会存在一个校准表 里， 以后测试时只要连接线不变就不用再校准了，所以在系统的校准阶段会用到 示波器，实际测试过程中就不用了。另外很多总线的接收端的测试需要的测试附 件比较多，连接也比较复杂，所以在测试过程中需要用户更改连接时 N5990A 软件会停下来用图形化的方式提示用户更改连接， 下图是校准过程中的一个连接 图。 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 109 测试完成以后，N5990A 软件会自动进行测试结果的保存并生成 Excel 格式 的测试报告。测试报告中除了有测试时间、测试设备名称、测试软件版本号、测 试项目列表、测试结果的总结以外，还有各个测试项目及校准数据的详细图表供 后续分析和问题定位用。下图是测试完成后自动生成的测试报告。 4、MHL 的协议测试方法的协议测试方法 前面介绍的 MHL 的发送端的信号质量测试和接收端的容限测试主要针对电 气层面，也就是物理层的测试。对于很多从事 MHL 芯片或者底层软件开发的人 安捷伦科技(中国)有限公司版权所有 智能移动设备数字接口测试指南 Page 110 员来说，还需要保证设备发出或接收的格式、内容符合 MHL 的协议要求，这就 需要做相应的协议测试。 MHL 和 HDMI 的协议层相比几乎没有太大变化，只是在物理层把三路数据 和一路时钟复用在了一对差分线上，因此 MHL 的协议测试也可以通过在现有的 HDMI 的协议分析仪上做一些升级来完成。 HDMI 的协议测试绝大部分用户使用的 Agilent 公司的 U4998A 协议分析仪 或者其前一代产品 N5998A。U4998A 和 N5998A 都是 HDMI 的 CTS（一致性 测试规范）官方指定的做协议一致性测试的产品。U4998A 基于 Agilent 的 AXIe 的模块化平台架构，可以通过外部电脑也可以通过嵌入式 PC 进行控制，支持包 括深色、3D、4k2k 等在内的 HDMI 和 MHL 一致性测试所需的所有协议项目。 在进行源设备测试时可以用于捕获音视频数据并对协议、包结构、音视频时序、 内容格式等进行分析并生成文本格式的测试报告；在进行接收设备测试时 U4998A 做为一台音视频协议发生器，