图1：HDMI信号传输架构。

在HDMI规格如火如荼的发展同时，又有另外一个显示规格DisplayPort积极地想争取显示传输的龙头地位。DisplayPort其实是由VESA协会提出，DELL和Genesis领导发展的另一新兴显示规格。其红、绿、蓝数据传输信道最高可支持至3.6Gb/s，最重要的是DisplayPort采用了嵌入式频率的概念，与HDMI的数据传输和频率传输独立的概念相互冲突。嵌入式频率功能的优势在于避免高速数字传输速度下，因数据及频率不同步的状况下，进而产生了抖动以及信号完整性的问题。主要的设计挑战在于芯片设计的接收端需要具备高效能的频率恢复电路（Clock Data Recovery Circuit）。

以Silicon Image为首的HDMI协会认为嵌入式频率不能提供和数据传输一样的速度，当数据进入显示器系统当中会因为锁相回路的效能而造成抖动现象，而HDMI将不会有这样的问题出现。但不论谁对谁错，DisplayPort将从个人计算机PC的平台中开始扩展市场，而HDMI将从大尺寸、高效能的消费型显示产品市场出发。

安捷伦已从2005年开始，便积极地从事HDMI以及DisplayPort的量测解决方案，到目前为止，安捷伦是唯一能提供全方位数字显示量测的公司，其中包含了发射端、接收端以及传输电缆的物理层测试，另外亦提供通讯协议层的的量测解决方案。以下将对安捷伦的测试解决方案作详细的介绍：

发射器测试解决方案

在高速数字发射器量测中，高效能的示波器已成为不可或缺的重要工具。但是要怎样才能选择一台适用的示波器呢？以HDMI Rev.1.3版来说，数据传输的速度最高可达3.4Gb/s，所以基频信号为1.7GHz，若要精准地分析到五次谐波信号，至少需要8.5GHz频宽的示波器。所以用户可选用至少是8GHz的示波器，以安捷伦的DSO80000B系列高效能示波器来说，可选择DSO80804B 8GHz的示波器为基础。同时具备了40GSa/s的高速信号取样率。若将来需要量测更高速率的信号，可将示波器作频宽的升级，最高可升级至13GHz。



图2：安捷伦HDMI Rev.1.3发射器测试解决方案。

为满足在2006年12月HDMI协会所发表的一致性测试规格（Compliance Test Specification Rev.1.3；CTS 1.3a）中，安捷伦的DSO80000B示波器亦可搭配N5399A HDMI一致性测试软件。此软件提供标准的眼图分析程序、时序延迟分析，以及各种临界点测试分析。快速而人性化的数据库管理以及报表，能清楚地规范是否通过CTS标准规格。

另一个测试重点则是制具的要求，安捷伦重新设计了符合HDMI Rev.1.3频宽规格的SMA转HDMI测试制具，N1080A如图所示，传统的FR4电路版制具对于高速的数字传输会引入码间干扰（Inter-Symbol Interference; ISI）抖动，在显示质量的量测上会产生误判，所以N1080A的重新设计可确保维持信号的上升时间，同时减少码间干扰抖动的效应。


图3：安捷伦科技创新HDMI Rev.1.3a版量测制具。

接收器测试解决方案

在HDMI和DisplayPort测试流程当中，最重要且也是最复杂的莫过于接收器的测试，在CTS 1.3a的接收器测试流程中就规范了数十种的电气特性测试以及抖动容忍度测试。要测试完整的芯片和系统接收器，必须要具备完整的多通道脉冲码型产生器，亦能支持TMDS的信号产生。安捷伦科技以81250A平行式误码率分析仪为基础，搭配五个7Gb/s脉冲波形产生器模块，以及两台E4438C信号产生器，便成为了E4887A TMDS信号产生器。在五个脉冲波形产生器模块当中其中一个是当作频率产生，三组当作R、G、B信道信号产生，最后一组则是当作内对时间延迟（Intra-Pair Skew）量测的参考。


图4：安捷伦HDMI Rev.1.3接收器测试解决方案。

两台E4438C信号产生器的目的在于产生抖动调制信号，亦可进行I/Q分量调制信号的产生。在接收器的量测当中，另一重要的因素还是在于其它的附加组件。因为HDMI的TMDS信号是跨在3.3V的直流偏压下进行传输，所以在E4887A的系统当中至少需要九个Bias-T组件，另外还要和电源供应器作分支连接已确保每个差动输出对都能得到3.3V的偏压控制。另外CTS亦要求对于信号产生的上升时间变化作不同型态的控制。所以也要搭配数种时间变化控制器（Time Transition Controller；TTC）。

因为E4887A TMDS信号产生器是由个人计算机控制量测，所以N5990A是控制整套系统的软件接口。此接口提供完整的数据分析以及数据库管理，不仅是研发工程师的除错工具，亦是测试工程师的标准依据。此软件所提供的快速校正步骤亦节省了许多测试工程师的时间，亦提升了产品质量的一致性。在抖动容度的测试方面，以一个完整的测试流程来说，过去在HDMI Rev.1.2版的抖动测试需要耗费将近一天的时间，安捷伦的N5990A测试平台搭配高效能的E4887A信号产生器，只需花费三个小时就能完成一套完整的抖动容忍度测试。大大了提升产品的生产进度，这也是为什么全世界的ATC测试中心为什么选择安捷伦测试解决方案的原因之一。


图5：安捷伦N5990A测试平台。

DisplayPort抖动容忍度测试

DisplayPort的测试规格其实至今还没有完全的底定。就前言所述，因为DisplayPort是采用8B/10B嵌入式频率为技术基础，所以频率恢复电路效能的测试便成为最重要的测试项目。针对此种测试，安捷伦的N4903A抖动式误码率分析仪便是最佳的量测利器，它能自我产生各式的抖动像是DJ,RJ, PJ, DSD, ISI等，更重要的能产生阔频频率信号（Spread Spectrum Clock；SSC)。就频率恢复电路测试而言，误码率的测试是必然的。N4903A抖动式误码仪在接收器端内建高效能的参考频率恢复电路，对于锁相回路的抖动容忍曲线分析是再好也不过了。安捷伦的N4903A误码仪已在其它的应用像是PCI-Express 2.0、SATA以受到业界的相当肯定。如今针对DisplayPort的应用亦是势在必行。N4903A如下图所示：




图6：安捷伦N4903A抖动式误码率分析仪。

就接收器的效能测试上，ISI抖动的量测亦非常重要，安捷伦亦精心设计的缆线仿真器（Cable Emulator），针对不同的轨迹长度所造成不同程度的码间干扰抖动，提供数种仿真器，如下图所示：


图7：Cable Emulator Structure。

缆线仿真器的另一功能是在检测接收器中均衡器的效能。现今许多高速数字设计当中，若要维持信号在传输过程中的质量，单一的针对发射器信号作De-Emphasis或是Pre-emphasis已不能解决接收端的问题所在。接收器中的均衡器也是重要的环节。以下图形是经过均衡器之前以及之后的比较。


图8：示波器均衡器模拟分析。

HDMI、DisplayPort电缆线测试

对于缆线测试基础来说，众所周知的便是时域反射仪和网络分析仪的应用。在较为低速的应用来说，时域反射仪（TDR）对于阻抗匹配之量测、断点测试均有很好的解决方案。但是对于传输速度日益增加的HDMI以及Displayport应用来说，动态范围以及S参数的测试已不是单纯的时域反射仪就可以应付的。对于频率响应的分析、阻抗匹配、以及深入的射频信号特性以及信号完整性分析而言，网络分析仪是最强大的测试基础。

对于差动信号分析而言，安捷伦提供了E5071C ENA网络分析仪可针对HDMI以及DisplayPort缆线进行完整的信号完整分析。另外86100C取样示波器搭配54754A时域反射模块亦是数字设计工程师的另一选择方案。


图9：安捷伦HDMI & DisplayPort电缆现测试解决方案。

结论：在数字信号速度日益提升的市场中，信号完整性已成为一分常重要的课题，很多的量测问题已不是单纯的数字问题，它合并的许多电磁干扰以及射频微波的概念。所以对于一个数字设计工程师来说，充实射频微波的知识已是势在必行。现今许多高阶的量测仪器，无不在数字及射频微波的整合方面下了许多功夫，各种实时市场的量测解决方案影响产品的发展，安捷伦拥有超过60年的射频微波以及数字量测经验，必能带领产业进入信号完整的新纪元。