HDMI兼容性测试的常见故障分析

自从HDMI标准于数年前发布以来，这项标准已经得到了广泛的采用。为了贴上HDMI标志，所有HDMI产品都必须通过HDMI兼容性测试(HDMI CT)。而为了节省时间与金钱，客户在将其HDMI产品送到授权测试中心(ATC)进行认证之前，应当进行预测试。本文根据ADI公司HDMI CT实验室进行众多预测试获取的经验，讨论导致产品HDMI兼容性测试失败的最常见系统设计问题。另外也会分析特定的故障情况，并提供解决方案。

HDMI兼容性测试的常见故障分析

几乎所有的设备，包括电视机和DVD机在内，都并非第一次就通过认证测试。其中大多数故障与系统设计和PCB布局布线有关。为了通过HDMI兼容性测试，有时候需要一些特殊的功能。例如，可能需要在来源设备中启用或禁用HDCP（高清内容保护）功能。为了设计符合HDMI标准的产品，IC和系统设计公司以及制造商都必须充分了解HDMI规范和兼容性测试规范(HDMI CTS)。以下列举了最常见的故障以及相应的建议解决办法。

EDID测试

来源设备必须支持“增强型DDC”规范，这意味着来源设备必须能够利用“段指针0x60”来读取256字节之后的EDID信息。大部分情况下只有256字节用于EDID，但HDMI兼容性测试要求检查系统能否读取4个模块（128字节/模块），即总共512字节。为了通过HDMI兼容性测试，段指针必须满足这一要求。

HDMI发送器(Tx)的5V电源

有些客户利用一个串联电阻或二极管来限制5V输出的电流。在HDMI兼容性测试中，HDMI Tx的5V电源测试要求从+5V电源引脚吸取55mA电流。这可能引起测试失败，因为电源输出必须介于4.8V至5.3V之间才能通过。图1显示，当连接一个10Ω的电阻时，输出降至4.45V，因此没有通过测试。

图1 +5V电源 当连接一个10Ω的电阻时，输出降低，导致测试失败

HDMI Tx DDC/CEC线测试

必须正确连接消费电子控制(CEC)线（HDMI连接器的引脚13）。如果系统在设计上不支持CEC功能，设计师可以让该连线悬空。有时候，人们想将CEC线连接到视频信号处理(VIP)芯片的通用I/O来支持未来可能的扩展。这种情况下，设计师必须确保该连接满足HDMI兼容性测试准则，包括使DDC线最大电容小于100pF。

HDMI来源设备需支持的视频格式

HDMI规范要求所有的HDMI来源设备必须支持下列格式之一：640480p@59.94/60Hz、720480p@59.94/60Hz¼或720576p@50Hz。设计HDMI来源设备时，有时还必须注意另一个要求：如果来源设备上任何一个YPbPr或其他非压缩数字端口能够支持下列格式，则该设备上的HDMI端口也必须予以支持。

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来源设备(HDMI Tx)与DVI接收设备(DVI Rx)之间的兼容性

HDMI规范要求所有的HDMI来源设备与兼容DVI 1.0标准的接收设备兼容。当HDMI来源设备连接到DVI接收设备时，必须满足下列要求：

• 发送的视频格式为RGB

• 不发送视频保护频段

• 不发送数据岛(Data Island)

当来源设备检测到有接收设备插入时，它应假定接收设备是DVI设备。与此同时，来源设备将检查接收设备的EDID是否包含CEA扩展，以及CEA扩展是否包含具有有效长度的VSDB（供应商专用数据块）。如果都包含的话，来源设备将认定所连接的接收设备是HDMI设备。

HDMI接收器(Rx)的EDID测试

该测试的通过率非常低。所以，设计师自己应该熟悉最新HDMI规范的EDID要求。下面列举导致失败的一些常见错误。

I. 在EDID的前128个字节中，必须提供“监视器距离限制表头”和“监视器名称表头”，这两个表头均为18字节。如果任一个的内容短于18字节，则必须用0x20来填补，并以0xA0结束。

II.EDID中的“短视频描述符(SVD)”与“能力声明表(CDF)”支持的视频格式不相符。CDF中声明的任何格式都必须在EDID的SVD中列出。

为了简化系统设计，一些设计师通过一个1K电阻，直接将HDMI输入端的+5V电压连接到HDMI Rx的HPD引脚。在这类设计中，当系统处于待机模式或者交流电源断开时，将无法读取EDID EEPROM，HPD引脚电压可能会保持高电平，这将导致HDMI兼容性测试失败，因为HDMI兼容性测试规范要求在HPD引脚电压为高电平时，必须能够访问和读取EDID，即使断开交流电源或者系统置于待机模式也是如此。在后面的部分中将提出解决这类问题的参考设计。

HDMI Rx TMDS差分阻抗

大量设备没有通过这项测试，虽然大多数系统设计师都知道有关输入差分阻抗的要求。绝大多数情况下，系统不能通过这项测试的原因是输入ESD保护器件或EMI扼流圈的寄生电容太大。大部分高速信号ESD防护器件制造商都为客户提供了具有阻抗特性的系统PCB布局布线参考设计。对于该测试，系统PCB布局布线将会影响测试结果。如果失败，用户则要重新设计PCB，这将影响生产进度和产品的上市时间。

请注意，在HDMI CTS V.1.3中，通过该测试的标准与HDMI CTS V.1.2不一样。与以前的CTS一样，直通连接的阻抗值要求仍然是100Ω±15%，但允许单次偏移的最大值/最小值达到100Ω±25%，不过持续时间短于250ps。

HDMI Rx DDC/CEC线电容和电压

这项测试的失败率最高，原因是用于电平转换的MOSFET的电容太高。为了避免失败，建议在DDC线上采用Ciss和Coss小于10pF的MOSFET。

HDMI Rx CEC线的连通性

当HDMI系统有多个HDMI输入时，对于非独立的CEC线，HDMI规范要求来自所有HDMI输入（如有）的CEC线能够与一个HDMI输出（如有）相互连通。该测试的CTS要求小于5Ω。即便是不支持CEC的系统，也要求输入CEC线能够互相连通。

HDMI Rx HPD输出电压

某些客户使用图2所示的电路来利用HDMI连接器提供的5V电压，并利用VCC为HPD提供所需的5V电压。这就违反了规范的要求，即当HDMI 5V输入为0V时，HPD电压应该高于0V但低于0.4V。解决这一问题的最简单方法是将一个1K电阻串联连接到HPD引脚。图3所示的简单开关电路也能解决问题，其功能是控制HPD引脚，并在下游的接收设备已准备好时通知来源设备，或者决定来源设备是否应该重新启动某些功能，如高清内容保护(HDCP)身份验证。这将大大提高系统兼容性。

图2 HPD输出电压

利用来自HDMI连结器的5V电压和VCC来提供HPD所需的5V电压，这种方式违反了HDMI兼容性测试要求。

图3 HPD输出电压

将1 K电阻与HPD引脚串联连接的开关可以解决这个问题。

HDMI Rx视频格式支持

这项测试的一个常见故障是某些系统无法满足所有HDMI接收设备都必须能够接收640 480p@59.94/60Hz格式的要求。针对60 Hz视频设计的系统必须能够支持720 480p @ 59.94/60Hz的输入格式，针对50Hz视频设计的系统必须能够支持720 576p@50Hz的输入格式。在ADI实验室测试过的来源装置中，有许多客户都忽略了支持640 480p视频格式的要求。

对视频格式时序偏差的容错度较小，也是导致测试无法通过的另一个常见原因。该测试覆盖所有支持的视频格式。支持50Hz的系统必须能够容忍49.75Hz至50.25Hz（50Hz 0.5%）之间的时序变化。支持59.94Hz或60Hz的系统必须能够容忍59.64Hz至60.3Hz（(59.94Hz "0.5%至60Hz +0.5%）之间的时序变化。

针对无线中继器的新测试要求

在最近的6到9个月时间，无线中继设备增长迅速。HDMI Licensing LLC已针对这类无线设备发布了测试指南。如果无线中继器支持高带宽数字内容保护(HDCP)，则设备必须按照HDMI中继器的要求进行测试。如果设备不支持HDCP，则设备既可以按照中继器的要求进行测试，也可以按照独立来源和接收设备的要求进行测试。如果无线设备是CEC根设备，则可以不进行“物理地址”测试。

结束语

如上所述，为了确保产品符合HDMI规范，通过HDMI兼容性测试是一个基本而且重要的步骤，它还有助于改进不同厂商的产品之间的互通性。针对最常见的HDMI兼容性测试故障提供解决方案，不仅能够为消费电子客户提供高品质的HDMI接口产品，而且有助于他们设计出高兼容性的系统。