HDMI有源端接测试夹具及测试方法与流程

本发明涉及一种HDMI有源端接测试夹具及测试方法。

背景技术：

为了满足人们对高清世界的不断追求，显示接口技术不断发展，现在配置HDMI（High Definition Multimedia Interface）接口的电子设备应用非常广泛，基本上已经发展为国际上最先进的多媒体接口标准。因而如何测试HDMI高速信号也成为各设备厂商的迫切需求。针对这一需求，目前各大示波器厂商也推出了针对HDMI的测试解决方案。

然而由于HDMI信号的电平标准为TMDS（Transition Minimized Differential signal），其发送端为开漏输出，必须由外部提供上拉端接。故现有的测试方案都是在有源差分探头内提供上拉端接，而此探头为专用探头，必须重新购买。

现有方案：需用到HDMI转SMA夹具，低速信号小板，SMA线缆，有源差分探头，稳压源，示波器，连接示意图如图1所示（以测试一个通道为例）。

方案缺点：

A 整套测试方案中至少需要2个专用的带上拉端接的SMA有源差分探头，通用性差，成本高；

B 整套测试方案需要用到有源差分探头，其探头内部放大器的线性和带宽会引起信号一定程度的失真；

C测试信号时需依次连接测试夹具、低速信号小板、SMA线缆、稳压源、有源差分探头，连接非常繁琐，且整套测试设备数量多，占地面积大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种HDMI有源端接测试夹具及测试方法，该夹具不需有源差分探头，大大降低了成本；且通过将各模块集中到一块PCB板上，简化了连接步骤，缩小了体积。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种HDMI有源端接测试夹具，包括HDMI公头、TMDS高速信号的端接上拉模块、低速信号模块、阻抗变换模块、SMA接口，所述HDMI公头用于连接被测试源端设备，所述TDMS高速信号的端接上拉模块用于模拟接收设备TMDS高速信号端接上拉到3.3V的功能，所述低速信号模块用于实现被测试源端设备能够稳定地检测到HDMI有源端接测试夹具的插入，以及被测试源端设备与HDMI有源端接测试夹具的EEPROM通信；所述阻抗变换模块用于保证TMDS高速信号端接上拉到3.3V的同时，TMDS高速信号还能够无反射的继续向后传播，所述SMA接口用于连接示波器。

在本发明一实施例中，所述TMDS高速信号的端接上拉模块、低速信号模块、阻抗变换模块均设置于一测试夹具PCB上，且该测试夹具PCB与HDMI公头固定连接。

在本发明一实施例中，所述HDMI公头采用标准A型接口夹板式HDMI公头，以夹在所述测试夹具PCB上，并通过焊接固定。

在本发明一实施例中，所述TMDS高速信号的端接上拉模块包括设置于测试夹具PCB上且依次连接的Micro USB接口、5V转3.3V LDO模块、滤波电路，以实现3.3V电源输出，供TMDS高速信号中间进行上拉端接的使用。

在本发明一实施例中，所述阻抗变换模块由等长的各特征阻抗为50Ω的TMDS高速信号PCB走线组、若干100Ω上拉电阻、若干50Ω串联电阻组成若干TMDS高速信号通道，所述TMDS高速信号PCB走线用于连接HDMI公头和SMA接口，以实现将经所述HDMI公头输入的TMDS高速信号传输给示波器。

在本发明一实施例中，所述SMA接口为8个，相对应的TMDS高速信号通道为8个，每一个TMDS高速信号通道包括一组TMDS高速信号PCB走线组、一个100Ω上拉电阻、一个50Ω串联电阻，其中一组TMDS高速信号PCB走线组包括第一、第二50Ω特征阻抗PCB走线，所述第一50Ω特征阻抗PCB走线一端与HDMI公头连接，第一50Ω特征阻抗PCB走线另一端经100Ω上拉电阻与所述TMDS高速信号的端接上拉模块输出的3.3V电源输出端连接，第一50Ω特征阻抗PCB走线另一端还经50Ω串联电阻连接至第二50Ω特征阻抗PCB走线一端，第二50Ω特征阻抗PCB走线另一端连接至其中一个SMA接口；通过上述TMDS高速信号通道的连接方式使得TMDS高速信号通道能够无反射的向后传输TMDS高速信号。

在本发明一实施例中，所述低速信号模块包括焊接于测试夹具PCB上的EEPROM，以实现DDC通过I2C接口与测试夹具PCB进行EEPROM通信，且EEPROM的工作电源、I2C总线以及HPD均从被测试源端设备的HDMI接口的5V取电。

在本发明一实施例中，所述EEPROM通过编程器写有被测试源端设备所支持的格式信息。

本发明还提供了一种基于上述所述HDMI有源端接测试夹具的测试方法，包括如下步骤，

S1：将HDMI有源端接测试夹具的HDMI公头与被测试源端设备连接，HDMI有源端接测试夹具的SMA接口通过SMA线缆与示波器连接，HDMI有源端接测试夹具的Micro USB接口通过USB线缆接5V电源；

S2：测试TMDS高速信号的CLK和D0差分对，将CLK+和CLK-分别接入示波器的通道1和通道2，将D0+和D0-分别接入示波器的通道3和通道4；

S3：开启示波器和HDMI待测设备，并预热30分钟；

S4：为示波器的通道开启数学运算功能，即将功能1设为通道1的波形乘常数2，记为F1；功能2设为功能1的波形加一个常数1.65，记为F2；同理，设置F3为通道2波形乘常数2，F4为F3加常数1.65；

S5：将从步骤S4得到的真实单端信号，按照HDMI协议要求的单端信号测试规范测量即可；

S6：将数学运算后的波形再做一次相减运算，即F2-F4，得到真实的TMDS差分CLK信号；同理，得到真实的TMDS差分D0信号；

S7：将从第5步得到的真实差分信号，按照HDMI协议要求的差分信号测试规范测量即可；

S8：测量TMDS高速信号完成后，关闭仪器设备，取下测试夹具和线缆。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、使用电路变换等效的原理，不需有源差分探头，大大降低了成本；

2、由于不需要经过有源差分探头，整个通路为无源通路，极大的拓展了信号带宽和线性度，提高了信号的保真度。

3、通过将各模块集中到一块PCB板上，简化了连接步骤，缩小了体积。

附图说明

图1为现有HDMI测试方式示意图。

图2为本发明测试夹具示意图。

图3为本发明测试夹具连接示意图。

图4为TMDS高速信号通道的高频交流分析等效电路图。

图5为示波器厂商HDMI测试夹具的直流分析等效电路图。

图6为本发明测试夹具的直流分析等效电路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图2-6所示，本发明的一种HDMI有源端接测试夹具，包括HDMI公头、TMDS高速信号的端接上拉模块、低速信号模块、阻抗变换模块、SMA接口，所述HDMI公头用于连接被测试源端设备，所述TDMS高速信号的端接上拉模块用于模拟接收设备TMDS高速信号端接上拉到3.3V的功能，所述低速信号模块用于实现被测试源端设备能够稳定地检测到HDMI有源端接测试夹具的插入，以及被测试源端设备与HDMI有源端接测试夹具的EEPROM通信；所述阻抗变换模块用于保证TMDS高速信号端接上拉到3.3V的同时，TMDS高速信号还能够无反射的继续向后传播，所述SMA接口用于连接示波器。

所述TMDS高速信号的端接上拉模块、低速信号模块、阻抗变换模块均设置于一测试夹具PCB上，且该测试夹具PCB与HDMI公头固定连接。所述HDMI公头采用标准A型接口夹板式HDMI公头，以夹在所述测试夹具PCB上，并通过焊接固定。

所述TMDS高速信号的端接上拉模块包括设置于测试夹具PCB上且依次连接的Micro USB接口、5V转3.3V LDO模块、滤波电路，以实现3.3V电源输出，供TMDS高速信号中间进行上拉端接的使用。

所述阻抗变换模块由等长的各特征阻抗为50Ω的TMDS高速信号PCB走线组、若干100Ω上拉电阻、若干50Ω串联电阻组成若干TMDS高速信号通道，所述TMDS高速信号PCB走线用于连接HDMI公头和SMA接口，以实现将经所述HDMI公头输入的TMDS高速信号传输给示波器。

所述SMA接口为8个，相对应的TMDS高速信号通道为8个，每一个TMDS高速信号通道包括一组TMDS高速信号PCB走线组、一个100Ω上拉电阻、一个50Ω串联电阻，其中一组TMDS高速信号PCB走线组包括第一、第二50Ω特征阻抗PCB走线，所述第一50Ω特征阻抗PCB走线一端与HDMI公头连接，第一50Ω特征阻抗PCB走线另一端经100Ω上拉电阻与所述TMDS高速信号的端接上拉模块输出的3.3V电源输出端连接，第一50Ω特征阻抗PCB走线另一端还经50Ω串联电阻连接至第二50Ω特征阻抗PCB走线一端，第二50Ω特征阻抗PCB走线另一端连接至其中一个SMA接口；通过上述TMDS高速信号通道的连接方式使得TMDS高速信号通道能够无反射的向后传输TMDS高速信号。

所述低速信号模块包括焊接于测试夹具PCB上的EEPROM，以实现DDC通过I2C接口与测试夹具PCB进行EEPROM通信，且EEPROM的工作电源、I2C总线以及HPD均从被测试源端设备的HDMI接口的5V取电。所述EEPROM通过编程器写有被测试源端设备所支持的格式信息。

本发明还提供了一种基于上述所述HDMI有源端接测试夹具的测试方法，包括如下步骤，

S1：如图3所示，将HDMI有源端接测试夹具的HDMI公头与被测试源端设备连接，HDMI有源端接测试夹具的SMA接口通过SMA线缆与示波器连接，HDMI有源端接测试夹具的Micro USB接口通过USB线缆接5V电源；

S2：测试TMDS高速信号的CLK和D0差分对，将CLK+和CLK-分别接入示波器的通道1和通道2，将D0+和D0-分别接入示波器的通道3和通道4；

S3：开启示波器和HDMI待测设备，并预热30分钟；

S4：为示波器的通道开启为数学运算功能，即将功能1设为通道1的波形乘常数2，记为F1；功能2设为功能1的波形加一个常数1.65，记为F2；同理，设置F3为通道2波形乘常数2，F4为F3加常数1.65；

S5：将从步骤S4得到的真实单端信号，按照HDMI协议要求的单端信号测试规范测量即可；

S6：将数学运算后的波形再做一次相减运算，即F2-F4，得到真实的TMDS差分CLK信号；同理，得到真实的TMDS差分D0信号；

S7：将从第5步得到的真实差分信号，按照HDMI协议要求的差分信号测试规范测量即可；

S8：测量TMDS高速信号完成后，关闭仪器设备，取下测试夹具和线缆。

以下为本发明的具体实施过程。

如图2所示，本发明的HDMI有源端接测试夹具将各模块集中到一个PCB板上。该PCB板上包含HDMI公头、TMDS高速信号的端接上拉模块、低速信号模块、阻抗变换模块，所述TMDS高速信号的端接上拉模块用于模拟接收设备TMDS高速信号端接上拉到3.3V，所述低速信号模块用于实现被测试源端设备能够稳定地检测到HDMI测试夹具的插入，以及被测试源端设备与HDMI测试夹具的EEPROM通信，所述阻抗变换模块让信号上拉的同时可以无反射的继续向后传播。各模块具体实施方法如下：

1、HDMI公头采用标准A型接口夹板式HDMI公头，通过焊接固定在测试夹具PCB板上。

2、TMDS高速信号的端接上拉模块包括设置于测试夹具PCB上且依次连接的Micro USB接口、5V转3.3V LDO模块、滤波电路，以实现3.3V电源输出，供TMDS高速信号中间进行上拉端接使用。

3、低速信号模块包括焊接于测试夹具PCB上的EEPROM，以实现DDC通过I2C接口与测试夹具PCB进行EEPROM通信，且EEPROM的工作电源、I2C总线以及HPD均从被测试源端设备的HDMI接口的5V取电。其中，EEPROM通过编程器写有被测试源端设备所支持的格式信息。

4、阻抗变换模块包含：特征阻抗为50Ω的TMDS高速信号PCB走线、做好等长控制的各TMDS高速信号PCB走线、分立元件组成的等效电路。

其核心电路由50Ω特征阻抗PCB走线、3.3V上拉电源、100Ω上拉电阻、50Ω串联电阻、50Ω特征阻抗PCB走线构成。

（1）高频交流分析等效电路如图4所示，TMDS高速信号从HDMI Type-A 公头进入，在50Ω特征阻抗PCB走线上向后传播，此时信号看到的瞬时阻抗为50Ω。当信号传播至上拉电阻处时，100Ω的上拉电阻与串联50Ω电阻+50Ω特征阻抗PCB走线并联，并联后阻抗为50Ω，故信号在此处看到的瞬时阻抗并未发生变化，因此信号不会发生反射。由线性时不变电路的叠加定理可知，传播至示波器的信号幅度会减半。

（2）示波器厂商HDMI测试夹具的直流分析等效电路如图5所示，待测设备TMDS信号为开漏输出，等效为10mA电流源，通过10mA电流源的断通表示TMDS信号电平的高低。然后通过高阻探头去探测信号，由于探头输入阻抗很高，可以忽略探头的探测效应，故高低直流电平分别为3.3V和2.8V。

本发明测试夹具的直流分析等效电路如图6所示，通过简单的分析电路可知，高低电平分别为0.825V和0.575V。

因此，为了达到原来信号的交流幅值和直流偏置，必须按如下公式计算得到。因此，为了从本发明的测试夹具实测信号中得到真实波形，需提供一种新的测量方法。

真实波形 = 实测波形×2+1.65V

具体测试方法如下：

（1）按图3所示将各设备线缆连接好。以TMDS信号的CLK和D0差分对为例，将CLK+和CLK-分别接入示波器的通道1和通道2，将D0+和D0-分别接入示波器的通道3和通道4；

（2）开启示波器和HDMI待测设备，并预热30分钟；

（3）将示波器的四个通道都开启数学运算功能。以通道1为例，将功能1设为通道1的波形乘常数2，记为F1。功能2设为功能1的波形加一个常数1.65，记为F2。同理，F3为通道2波形乘常数2，F4为F3加常数1.65；

（4）将从第3步得到的真实单端信号，按照HDMI协议要求的单端信号测试规范测量即可；

（5）将数学运算后的波形再做一次相减运算，即F2-F4，得到真实的TMDS差分CLK信号。同理，得到真实的TMDS差分D0信号；

（6）将从第5步得到的真实差分信号，按照HDMI协议要求的差分信号测试规范测量即可；

（7）测量完成后，关闭仪器设备，取下测试夹具和线缆。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。