理 層 概 要 と 測 定 勘 所 2016 年 1 月 20 日 キーサイト テクノロジー 電 子 計 測 本 部 アプリケーションエンジ ニアリング 部 門
本 日 の 内 容 ディスプレイ インタフェース 規 格 最 新 動 向 HDMI DisplayPort ディスプレイ インタフェース 測 定 評 価 の 課 題 とデバッグ 事 例 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 2
ディスプレイ インタフェース Over 5Gbpsの 測 定 に 向 けて SD HD 4K 8K スキュー イコライザ コンプライアンステスト インピーダンス 相 互 接 続 性 1. 規 格 のポイントを 理 解 して コンプライアンステストに 備 える 2. デバッグも 見 越 した 適 切 な 測 定 ツールのご 準 備 を 3. 困 ったときに 頼 れるパートナーを 持 つ ジッタ データレートが 倍 に! 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 3
HDMI 規 格 の 概 要 Source Main Link TMDS Data0 TMDS Data1 TMDS Data2 TMDS Clock DDC CEC Utility HPD Power Sink TMDS: メインリンク( 映 像 音 声 ) DDC: EDID 情 報 CEC: 機 器 間 の 制 御 HPD: Hot Plug Detect Utility: HEAC(HDMI Ethernet and Audio return Channel)に 使 用 TMDS 差 動 100Ω +3.3V pull up DC 結 合 HDMI 1.4b 最 大 データレート3.4Gbps HDMI 2.0a 最 大 データレート 6Gbps 4k2k 50/60Hz 既 存 ケーブルの 利 用 HDRに 対 応 (HDMI 2.0a) 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 4
HDMI 信 号 の 波 形 例 Clockおよびその10 倍 (HDMI1.4b)または40 倍 (HDMI 2.0a)のデータレートのD0~D2 Clock D0 D1 D2 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 5
HDMI2.0 規 格 の 概 要 HDMI 2.0スペック 4k2k 50/60Hzをサポート 2013 年 9 月 アナウンス 18Gbpsへの 帯 域 拡 張 (1chあたり6Gbps) 新 たなコネクタ ケーブルは 定 義 されない 既 存 ケーブルで 高 速 データレートに 対 応 Video Audio CECの 拡 張 Up to 32 audio channels Up to 1536kHz audio sample frequency Dual viewing Multi-stream audio CEC extensions 21:9 Aspect Ratio Dynamic Auto Lip-Sync コンプライアンステスト は 2.0, 1.4b 両 方 実 施 す る 必 要 がある 最 新 規 格 は HDMI 2.0a HDRの 追 加 PHYは 変 更 無 し 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 6
Premium HDMI Cableプログラム HDMI 2.0 4K 伝 送 に 対 応 した 新 たなケーブル 認 証 プログラムを 開 始 (Oct. 2015) ケーブル 仕 様 は 従 来 と 同 等 だが 18Gbps 伝 送 に 対 応 する 新 たな 検 証 テ ストを 追 加 アイ 波 形 テスト EMIテスト 認 証 を 取 得 したメーカは Premium High Speed HDMI Cables のロゴ を 付 けて 販 売 可 能 Premium HDMI Cableテストの 推 奨 テスト 機 器 Keysight E5071C ネットワークアナライザ Keysight Advanced Design System(ADS)ソフトウェア 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 7
DisplayPort 規 格 の 概 要 Main Link 高 帯 域 の 主 信 号 一 方 向 伝 送 レーン 数 は1 2または4 の 可 変 ビットレートHBR 2.7GbpsまたはRBR 1.62Gbpsで 固 定 HBR2-5.4Gbps (DP 1.2) HBR3-8.1Gbps (DP 1.3) AUX Channel PC-ディスプレイ 間 の 制 御 ch 双 方 向 伝 送 1Mbps FAUX - 720Mbps (DP 1.3で 廃 止 ) Hot Plug Detect 機 器 の 接 続 検 出 Source Embedded DisplayPort (edp)も 規 定 最 新 スペック edp 1.4a フレキシブルデータレートの 採 用 Data - 1.62 / 2.7 / 5.4 / 8.1 Gbps Data - 1.62 / 2.7 / 5.4 / 8.1 Gbps Data - 1.62 / 2.7 / 5.4 / 8.1 Gbps Data - 1.62 / 2.7 / 5.4 /8.1 Gbps Aux Channel Hot Plug Detect USB Type Cコネクタ Alternate modeの 追 加 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 8 Sink
Alternate Mode USB3.1で 規 定 されたUSB Type Cコネクタを 使 用 し DisplayPort, Thunderbolt, MHL 等 を 伝 送 可 能 とする 拡 張 仕 様 Power Delivery (PD) communication channelを 用 いて ダイ ナミックに 切 替 可 能 SSTX1 SSRX1 SSTX1 SSRX1 DP Lane 2 DP Lane 3 SSTX2 SSTX2 DP Lane 1 USB Type-C connector SSRX2 USB2.0 USB Type-C connector USB Type-C connector SSRX2 DP Lane 0 USB2.0 USB Type-C connector SBU1/2 SBU1/2 AUX+, AUX- CC/Vconn VBUS GND ID DisplayPort Source CC, HPD/Vconn VBUS GND ID DisplayPort Sink Type C to Type C USB 3.1 Type C to Type C DP Alternate Mode USB Type C to Type C Cable 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 9
DisplayPort Alternate Mode USB Type C to DisplayPort Adapter Cable SSTX1 SSRX1 DP Lane 2 DP Lane 3 USB Type-C connector SSTX2 DP Lane 1 SSRX2 DP Lane 0 SBU1/2 AUX+, AUX- DisplayPort connector DisplayPort Source CC Vconn ID PD logic HPD Legacy DisplayPort Sink USB Type C to HDMI/DVI/VGA Adapter Cable SSTX1 DP Lane 2 USB Type-C connector SSRX1 DP Lane 3 SSTX2 DP Lane 1 SSRX2 DP Lane 0 SBU1/2 AUX+, AUX- DisplayPort To HDMI, DVI or VGA Converter HDMI, DVI or VGA Connector DisplayPort Source CC Vconn ID PD logic HPD HDMI, DVI or VGA Sink 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 10
USB Type-C Receptacle Pins CC pins (Orientation Logic, Power Delivery Communication and Cable Power) Sideband Utility pins (Alt Mode Operation) USB2.0 GND Power Power GND Port 1 RX/TX pairs Port 2 RX/TX pairs 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 11
USB Type-C Alternate Mode Process PD Message Structured VDM (VDM: Vendor Defined Message) Vendor Defined Message DFP-U For DisplayPort SID UFP-U or Cable Header Message type =1111 VDM Header Bit(s) Field VDM Header 0-6 VDOs N Stay in USB mode DP Mode Supported? Y B31..16 Standard or Vendor ID (SVID) B15 VDM Type B14..13 B12..11 Structured VDM Version Reserved DisplayPort Alternate Mode B10..8 B7..6 Object Position Command Type Exit Mode, PD Hard Reset, Cable unplugged or Power removed N B5 B4..0 Reserved Command Y Return to USB mode 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 12
USB Type C Receptacle DisplayPort Alternate Mode 実 装 の 課 題 SSTX MUX/ Configuration Switch SSTX USB Controller SSTX SSTX SSTX USB 2.0 Lane 2 SSTX SSTX SSTX USB 2.0 USB 2.0 DisplayPort Source Lane 3 Lane 1 Lane 0 コネクタ 上 下 フリップ Alt mode 切 替 用 スイッチのロスも 含 めて 信 号 品 質 を 担 保 する 必 要 がある 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 13
本 日 の 内 容 ディスプレイ インタフェース 規 格 最 新 動 向 HDMI DisplayPort ディスプレイ インタフェース 測 定 評 価 の 課 題 とデバッグ 事 例 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 14
HDMI2.0 変 更 点 HDMI Source TP1 Reference Cable Model HDMI Sink EQ HDMI2.0 Reference EQ TP2_EQ TP2 新 たなケーブルスペックは 定 義 されない=HDMI 1.4b Cat.2ケー ブルを 使 用 してHDMI 2.0 信 号 を 伝 送 ソース 機 器 出 力 波 形 ジッタ: TP2 + EQで 定 義 Reference Cable Modelに 大 きなIntra-pair skewを 含 む ソース 機 器 シンク 機 器 にとって より 厳 しい 仕 様 ソース 機 器 シンク 機 器 ともに 差 動 インピーダンス 仕 様 を 明 確 化 ( 電 源 ONの 動 作 状 態 での 測 定 ) 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 15
HDMI2.0 ソース 機 器 測 定 構 成 N5399C/D HDMI 測 定 ソフト シングルエンド 接 続 +3.3V Source DUT TPA-P Ck+ Ck- D0+ D0- D1+ D1- Ck+ D0+ Ck- D0- Probe Head Probe Head Probe Head Probe Head D2+ D2- D1+ D1- D2+ D2- Probe Head Probe Head TP1 TP2 TP2+EQ 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 16
HDMI2.0 トラブル 事 例 HDMI 2.0 出 力 Clock 148.5MHz Data 5.94Gbps Clock JitterテストはJitter 量 が 多 くFAIL Data Eye maskテストもぎりぎり 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 17
HDMI2.0 トラブル 事 例 Jitter Trend 波 形 とTx ICへの 供 給 電 圧 の 相 関 を 見 る Clock Tx IC 供 給 電 圧 Jitter Trend Jitterが 約 1MHz 周 波 数 で 変 動 IC 供 給 電 圧 の 変 動 が 原 因 であることが 判 る 電 源 回 路 を 対 処 することで 電 圧 変 動 が 抑 圧 され Jitterも 小 さくなった 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 18
HDMI2.0 トラブル 事 例 改 善 前 改 善 後 Clock Jitterは 余 裕 をもってPASS 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 19 Data Eyeも 改 善
シンク 機 器 測 定 Keysight M8190A 任 意 波 形 発 生 器 TP2_EQ 規 格 テスト 以 外 の 条 件 でもテストしたい マージン 評 価 が 必 要 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 20
シンク 機 器 測 定 ソフトウェア N5990A Valiframe for HDMI Keysight M8190A 任 意 波 形 発 生 器 HDMI Frame Generator BIT-2010-0005-0 ジッタのマージンテストも 簡 単 に 実 施 可 能 ジッタ 周 波 数 ジッタ 量 ケーブルエミュ レータをフレキシブルに 設 定 可 能 変 更 したいときに すぐに 計 算 して 変 更 可 能! 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 21
インピーダンス 測 定 の 重 要 性 多 重 反 射 = 波 形 の 乱 れ Tx A B C D E Rx ICの 電 源 ON 状 態 でのインピーダンス 測 定 が 必 須 (Hot TDR) HDMI 2.0 ソース 機 器 シンク 機 器 (HDMI 1.4bではシンク 機 器 のみ 電 源 OFF 状 態 で 測 定 ) 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 22
インピーダンス 測 定 の 課 題 Txからの 信 号 波 形 の 影 響 出 力 信 号 が 測 定 結 果 を 乱 す Tx t t t 測 定 器 狭 帯 域 レシーバでTx 出 力 の 影 響 を 最 小 化 バイアス 印 加 +3.3V 印 加 必 要 バイアス-T 等 外 付 け 部 品 の 影 響 バイアスTを 内 蔵 し DC 電 源 を 接 続 するだけでバイアス 電 圧 印 加 可 E-calによる 正 確 簡 単 なキャリブ レーション Keysight E5071C ENA-TDR 立 上 り 時 間 (Tr )の 設 定 テストフィクスチャ 端 での 正 確 な 設 定 デバッグ 用 途 に より 短 いTr 設 定 立 ち 上 がり 時 間 波 形 を 見 ながら GUIの 設 定 で 簡 単 に 調 整 可 能 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 23
ネットワークアナライザによるHot TDR 測 定 の 例 Tx 出 力 信 号 の 影 響 で 測 定 結 果 が 安 定 しない Txからの 出 力 信 号 IF BW = 300kHz IF BW = 1kHz IF BW レシーバの 帯 域 幅 (IF BW)を 狭 め ることで Txの 出 力 信 号 の 影 響 を 最 小 化 できる freq 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 24
立 ち 上 がり 時 間 の 設 定 の 重 要 性 とデバッグ 事 例 Tr=200ps Tr=50ps 基 板 のインピー ダンスを 高 く ICの 終 端 インピー ダンスを 高 く FAIL 85ohm 以 下 の 時 間 が 長 すぎてFAIL 時 間 分 解 能 を 上 げて 対 処 法 をみつける 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 25
DisplayPort ソース 機 器 測 定 構 成 Normal DP or mini DP connectors Unigraf AUX ch controller Keysight Infiniium Oscilloscope U7232C DisplayPort Software Source DUT Type C Alternate Mode Source DUT Wilder Technologies DisplayPort Plug Adapter Keysight N7015A USB Type C Test Fixture Keysight N7016A Type C Low Speed Fixture Unigraf AUX ch controller SBU CC Keysight Infiniium Oscilloscope PD controller 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 26
edp 測 定 セットアップ 1) Tx- Rx 接 続 状 態 で 途 中 またはRx IC 端 の 信 号 をプロービング Tx ケーブル Rx N6469A edpテストソフトウェア 2) Tx 単 体 で テストフィクスチャを 使 用 し 測 定 Tx edpテストフィクスチャ edp1.4aのflexible data rateに 対 応 Unigraf DPR-100 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 27
必 要 となる 測 定 器 まとめ HDMI ソース 機 器 波 形 測 定 シンク 機 器 測 定 ソース シンク インピーダンス 測 定 ケーブル 測 定 Vシリーズ 90000A/Xシリーズ オシロスコープ 帯 域 8GHz 以 上 (HDMI 1.4b) 帯 域 13GHz 以 上 (HDMI 2.0) M8190A AWG またはParBERT E5071C ENA-TDR オシロスコープソフトウェア: N5399C/D シンク 機 器 測 定 用 ソフト: N5990A-150 (ParBERT) N5990A-151 (AWG) その 他 関 連 アクセサリ テストフィクスチャが 必 要 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 28
必 要 となる 測 定 器 まとめ DisplayPort ソース 機 器 波 形 測 定 シンク 機 器 測 定 ケーブル 測 定 Vシリーズ 90000A/Xシリーズ オシロスコープ 8GHz 以 上 (1.62/2.7Gbps) M8020A J-EBRT 13GHz 以 上 (5.4Gbps) or N4903B J-BERT TBD (8.1Gbps) or 81250A ParBERT E5071C ENA-TDR オシロスコープソフトウェア: U7232C (DisplayPort) N6469A (edp) シンク 機 器 測 定 用 ソフト: N5990A-155 その 他 関 連 アクセサリ テストフィクスチャが 必 要 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 29
まとめ ディスプレイ インタフェース 規 格 最 新 動 向 HDMI2.0a DisplayPort1.3 ともにOver 5Gbps USB Type C Alternate Mode (DisplayPort) ディスプレイ インタフェース 測 定 評 価 の 課 題 とデバッグ 事 例 テストポイントの 変 更 とソース シンク 機 器 により 厳 しい 規 格 ネットワークアナライザによるHot TDR 測 定 1. 規 格 のポイントを 理 解 して コンプライアンステストに 備 える 2. デバッグも 見 越 した 適 切 な 測 定 ツールのご 準 備 を 3. 困 ったときに 頼 れるパートナー: キーサイトテクノロジー 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 30
ご 清 聴 ありがとうございました 理 層 概 要 と 測 定 勘 所 Page 31