HDMI起源
HDMI(High Definition Multimedia Interface) 由DVI(Digital Video Interface)發展而來，為7家消費性電子產品制造商(Silicon Image、Hitachi、Panasonic、Philips、Sony、Thomson與Toshiba)共同組織于2002年發起，因此HDMI在設計時也是針對消費電子產品的市場而來，如電視、個人電腦、游戲機等等。HDMI是近來非常普及的數字顯示界面，相較于DVI，HDMI接頭較小，且可以同時傳送影像與音頻，減少了線路的配置。
HDMI架構
HDMI的架構如圖(一)所示。
送出TMDS(Transition
Minimized Differential Signal)信號的為Source端，而接收TMDS信號的為Sink端，最主要的連結有三對的TMDS Data以及一對TMDS Clock的信號。當Sink端接上Source端時，Source端檢測到HPD(Hot Plug Detect)之后，會透過DDC(Data Display
Channel)去讀取EDID(Extended Display Identification Data)
ROM里面的資料，資料主要含有Sink端的能力或資訊，如制造商的資訊，制造日期或是Sink端能支援的解析度等等，接著就會開始傳送TMDS信號。
CEC(Consumer Electronics Control)，可讓使用者經由一個遙控器來控制多個用HDMI連接起來的裝置，概念示意圖如圖(二)所示：
CEC的基本流程為，使用者使用遙控器發送命令給Device 1，當Device 1收到時，將有需要的命令發送給其他裝置如Device 2，而其他裝置則會給予必要的回應。
HDMI版本
HDMI目前版本為1.4，最高Clock Pixel Rate為340MHz，每對TMDS的Data
Rate達3.4Gbps，下表為版本之間的一些差異：
(Reference from http://en.wikipedia.org/wiki/)
由表中可以看到在HDMI 1.1到1.3的版本更新，主要都是提升了影音方面的品質，如支援DVD的音效，增加了xvYCC的色域，36及48bits的Deep Color，支援杜比音效等等，而HDMI1.4除了增加支援3D影像及4k×2k的解析度，另外增加了兩個新功能，Ethernet Channel及Audio Return Channel，合稱HEAC(HDMI Ethernet and Audio return Channel)。目前預計在2013下半年會推出HDMI 2.0，最高Clock Pixel Rate提升至600MHz，每對TMDS的Data Rate可到6Gbps，能提高4k×2k解析度的畫面更新率到60Hz。
HDMI Ethernet and Audio Return Channel
在HDMI 1.4 新增的HEAC 功能，在架構上如圖(三)所示，經由HPD 及Utility Pin 腳來傳輸 信號。
Ethernet 與Audio 的信號可同時傳送，由信號的Common Mode 與Differential Mode來區分，概念上如圖(四)及下列等式所示，Common Mode時為Audio信號，Differential Mode為Ethernet信號。
(Reference from HDMI Spec. 1.4)
Ethernet Channel 的功能主要是讓使用HDMI 連接的裝置可以共享網路，傳輸速率可達100Mbps。如圖(五)所示，使用HDMI線連接至電視的裝置，可經由HEC分享網路的功能，讓裝置的線數減少。
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
ARC(Audio Return Channel)，音頻回傳通道，可以讓音頻經由ARC傳至播放的裝置，諸如音響、AV擴大器等等?，F在多數家庭都裝有無線電視或機頂盒，使消費者在家里也可以收看高畫質的電影。雖然目前的電視也可支援音頻的播放，但可能是最基本的二聲道，使用者如果有比較好的播放裝置，如家庭劇院，經由一條HDMI cable就可將音頻傳至播放裝置，無需額外的AV端子配線，減少接線的復雜，如圖(六)所示：
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
HDMI接頭種類
HDMI在版本更新的同時，也增加接頭的種類，如圖(七)所示，HDMI剛推出時僅有標準的Type A及Dual
Link的Type B接頭，Dual Link多了三對TMDS信號，能支援更高的解析度到2500*1600。HDMI 1.3時，增加了較小的Type C接頭(mini HDMI)可應用于DV或數字相機等便攜裝置，而在HDMI 1.4，為了因應小型的手持裝置如智能手機，而有了更小的Type D接頭(micro HDMI)，以及專為車上使用而設計較牢固的Type E接頭，防止接線在車子行駛中震動而脫落。
(Reference from http://en.wikipedia.org/wiki/)
HDMI TMDS測項
HDMI的測項可大致分為三大項，分別為低速信號、Protocol和TMDS高速信號的測項。低速信號量測包含DDC、EDID或HPD電壓等使用電表可做測量的項目；Protocol則是可用Protocol Analyzer分析信號中如Control Period或Video Data Period等，檢測封包格式及編碼序列是否正確；我們接下來要針對利用高階示波器來量測的TMDS高速信號，分析這些測項的用意。
Test ID 7-2 TMDS-VL
此測項針對每個Single-End的信號(Ex: D0+,
D0-, D1+, D1-,…etc)進行電壓的量測，其目的是為了確保信號的電壓是否合乎規范的區間內，而要求在測試此項目時，待測物需調整至最低可支援的Clock Frequency，是因為實際上電子元件無論在充電或是放電都需要一段時間，最低的頻率對應到時域上即是每個bit的時間越長，越能準確量測出信號電壓的極值。在HDMI CTS的測試步驟中，會先抓取(至少1000次)信號中的H-L-L-L bit Sequence，累積統計最后兩個bit的電壓，取統計次數最高的電壓值，如圖(八)所示：
Test ID 7-4 TMDS - TRise, TFall
量測信號在轉態時(0→1, or 1→0)所需的時間；為了有較好的信號特性如傳輸速率的保證，在設計上Rise Time或Fall Time也會越快，但是為了抑制EMI的影響，針對Rise Time或Fall Time會有所限制。在HDMI CTS的規范上，就限制了HDMI的信號轉態時間不可快于75ps。
Test ID 7-6 TMDS - Inter-Pair Skew
為了確保每對Data Lane之間(D0-D1, D1-D2,
D2-D0)的Skew是否在規范的范圍0.2Tcharacter(Tcharacter
= 10*Tbit，Tbit為一個bit的時間)以內，在量測時會Trigger每對Data信號中都會有的Control Encoding Pattern，經由相同的Pattern量測信號間的Skew。
Test ID 7-7 TMDS - Intra-Pair Skew
除了驗證Data Lane之間的Inter-Pair Skew，Data及Clock這四對差動信號本身的品質也需一定的水準，Intra-Pair Skew即是確認正負端(D0+-D0-, D1+-D1-,
D2+-D2-, Clk+-Clk-)的Skew是否合乎規范限制，其Skew范圍為不能超過0.15Tbit；由于信號從待測物到示波器中間會經過探棒，對信號會有些微Skew及其他影響，因此在測試之前，探棒的校正是非常重要
Test ID 7-8 TMDS - Clock Duty
Test ID 7-8 TMDS - Clock Duty
在HDMI的架構中有單一傳送的Clock通道以及CRU(Clock Recover Unit)的元件，而Clock Duty Cycle與Jitter的量測即是為了確保Clock的品質，會影響到Duty Cycle的主要原因有Jitter以及不對稱的Rising and Falling Edge，因此在HDMI CTS規范中針對Clock Duty Cycle定義了40%~60%的限制。
Test ID 7-9 TMDS - Clock Jitter
CRU的用途主要是利用PLL鎖相迴路來還原Clock，為了確認原始Clock不帶有過量的Jitter，經過CRU后能有效的還原，示波器會使用軟體模擬一階PLL，針對PLL還原的clock作Jitter的量測，Jitter過大表示原始Clock帶有過量Jitter，無法利用PLL的特性有效鎖住頻率。
Test ID 7-10 TMDS - Data Eye Diagram
眼圖的量測如圖(九)所示，可以確認信號的品質及阻抗匹配是否有一定的水平，經由多次信號堆疊的結果，可以看出信號電壓是否有足夠的眼高以及穩定性，Jitter是否合乎規范讓眼圖有足夠的眼寬。而在HDMI眼圖測項的部分，可容許Eye Mask左右移動一個Tbit的空間，只要在這個移動范圍內，存在一個移動位置讓信號可以不壓到Eye Mask，就可以判定Pass，這是因為HDMI的架構中，Sink端含有CRU的Component，只要有合乎規范的眼高與眼寬，基本上，Sink端會有足夠的能力去判斷在這個移動范圍的信號。
HDMI Self-Test
如果制造商有完整的設備可以測試上述所提到的，不管是低速信號，Protocol分析或是TMDS高速信號等所有需要通過的測項，HDMI可讓制造商做自我認證，減少將待測物送至ATC(Authorized
Testing Center)所需耗費的排程等待時間及測試所需的費用，但要做自我認證有下列前提：
必須是HDMI協會會員。
必須有待測物已經通過ATC認證，但需注意的是，假設已通過ATC認證的待測物分類為Source端的產品，僅能做同分類后續機種的自我認證。
而自我認證必須要準備下列文件：
●CDF(Capabilities Declaration Form)
●Test Result Form
CDF是對應到待測物所能支援的能力，如解析度、色域，是否支援Deep Color等等，而Test Result Form則是制造商自我測試的結果報告，完成這兩份文件后，可到HDMI官網登入，填完必要的資訊后，上傳CDF及Test Result Form，等待協會確認文件正確后發放Logo。（安盟科技(浩網集團)技術應用工程師
王昱凱(Allen Wang) 供稿）
