HDMI起源
HDMI(High Definition Multimedia Interface) 由DVI(Digital Video Interface)发展而来，为7家消费性电子产品制造商(Silicon Image、Hitachi、Panasonic、Philips、Sony、Thomson与Toshiba)共同组织于2002年发起，因此HDMI在设计时也是针对消费电子产品的市场而来，如电视、个人电脑、游戏机等等。HDMI是近来非常普及的数字显示界面，相较于DVI，HDMI接头较小，且可以同时传送影像与音频，减少了线路的配置。
HDMI架构
HDMI的架构如图(一)所示。
送出TMDS(Transition
Minimized Differential Signal)信号的为Source端，而接收TMDS信号的为Sink端，最主要的连结有三对的TMDS Data以及一对TMDS Clock的信号。当Sink端接上Source端时，Source端检测到HPD(Hot Plug Detect)之后，会透过DDC(Data Display
Channel)去读取EDID(Extended Display Identification Data)
ROM里面的资料，资料主要含有Sink端的能力或资讯，如制造商的资讯，制造日期或是Sink端能支援的解析度等等，接着就会开始传送TMDS信号。
CEC(Consumer Electronics Control)，可让使用者经由一个遥控器来控制多个用HDMI连接起来的装置，概念示意图如图(二)所示：
CEC的基本流程为，使用者使用遥控器发送命令给Device 1，当Device 1收到时，将有需要的命令发送给其他装置如Device 2，而其他装置则会给予必要的回应。
HDMI版本
HDMI目前版本为1.4，最高Clock Pixel Rate为340MHz，每对TMDS的Data
Rate达3.4Gbps，下表为版本之间的一些差异：
(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质，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，另外增加了两个新功能，Ethernet Channel及Audio Return Channel，合称HEAC(HDMI Ethernet and Audio return Channel)。目前预计在2013下半年会推出HDMI 2.0，最高Clock Pixel Rate提升至600MHz，每对TMDS的Data Rate可到6Gbps，能提高4k×2k解析度的画面更新率到60Hz。
HDMI Ethernet and Audio Return Channel
在HDMI 1.4 新增的HEAC 功能，在架构上如图(三)所示，经由HPD 及Utility Pin 脚来传输 信号。
Ethernet 与Audio 的信号可同时传送，由信号的Common Mode 与Differential Mode来区分，概念上如图(四)及下列等式所示，Common Mode时为Audio信号，Differential Mode为Ethernet信号。
(Reference from HDMI Spec. 1.4)
Ethernet Channel 的功能主要是让使用HDMI 连接的装置可以共享网路，传输速率可达100Mbps。如图(五)所示，使用HDMI线连接至电视的装置，可经由HEC分享网路的功能，让装置的线数减少。
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
ARC(Audio Return Channel)，音频回传通道，可以让音频经由ARC传至播放的装置，诸如音响、AV扩大器等等。现在多数家庭都装有无线电视或机顶盒，使消费者在家里也可以收看高画质的电影。虽然目前的电视也可支援音频的播放，但可能是最基本的二声道，使用者如果有比较好的播放装置，如家庭剧院，经由一条HDMI cable就可将音频传至播放装置，无需额外的AV端子配线，减少接线的复杂，如图(六)所示：
(Reference from http://www.hdmi.org/index.aspx)
HDMI接头种类
HDMI在版本更新的同时，也增加接头的种类，如图(七)所示，HDMI刚推出时仅有标准的Type A及Dual
Link的Type B接头，Dual Link多了三对TMDS信号，能支援更高的解析度到2500*1600。HDMI 1.3时，增加了较小的Type C接头(mini HDMI)可应用于DV或数字相机等便携装置，而在HDMI 1.4，为了因应小型的手持装置如智能手机，而有了更小的Type D接头(micro HDMI)，以及专为车上使用而设计较牢固的Type E接头，防止接线在车子行驶中震动而脱落。
(Reference from http://en.wikipedia.org/wiki/)
HDMI TMDS测项
HDMI的测项可大致分为三大项，分别为低速信号、Protocol和TMDS高速信号的测项。低速信号量测包含DDC、EDID或HPD电压等使用电表可做测量的项目；Protocol则是可用Protocol Analyzer分析信号中如Control Period或Video Data Period等，检测封包格式及编码序列是否正确；我们接下来要针对利用高阶示波器来量测的TMDS高速信号，分析这些测项的用意。
Test ID 7-2 TMDS-VL
此测项针对每个Single-End的信号(Ex: D0+,
D0-, D1+, D1-,…etc)进行电压的量测，其目的是为了确保信号的电压是否合乎规范的区间内，而要求在测试此项目时，待测物需调整至最低可支援的Clock Frequency，是因为实际上电子元件无论在充电或是放电都需要一段时间，最低的频率对应到时域上即是每个bit的时间越长，越能准确量测出信号电压的极值。在HDMI CTS的测试步骤中，会先抓取(至少1000次)信号中的H-L-L-L bit Sequence，累积统计最后两个bit的电压，取统计次数最高的电压值，如图(八)所示：
Test ID 7-4 TMDS - TRise, TFall
量测信号在转态时(0→1, or 1→0)所需的时间；为了有较好的信号特性如传输速率的保证，在设计上Rise Time或Fall Time也会越快，但是为了抑制EMI的影响，针对Rise Time或Fall Time会有所限制。在HDMI CTS的规范上，就限制了HDMI的信号转态时间不可快于75ps。
Test ID 7-6 TMDS - Inter-Pair Skew
为了确保每对Data Lane之间(D0-D1, D1-D2,
D2-D0)的Skew是否在规范的范围0.2Tcharacter(Tcharacter
= 10*Tbit，Tbit为一个bit的时间)以内，在量测时会Trigger每对Data信号中都会有的Control Encoding Pattern，经由相同的Pattern量测信号间的Skew。
Test ID 7-7 TMDS - Intra-Pair Skew
除了验证Data Lane之间的Inter-Pair Skew，Data及Clock这四对差动信号本身的品质也需一定的水准，Intra-Pair Skew即是确认正负端(D0+-D0-, D1+-D1-,
D2+-D2-, Clk+-Clk-)的Skew是否合乎规范限制，其Skew范围为不能超过0.15Tbit；由于信号从待测物到示波器中间会经过探棒，对信号会有些微Skew及其他影响，因此在测试之前，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的架构中有单一传送的Clock通道以及CRU(Clock Recover Unit)的元件，而Clock Duty Cycle与Jitter的量测即是为了确保Clock的品质，会影响到Duty Cycle的主要原因有Jitter以及不对称的Rising and Falling Edge，因此在HDMI CTS规范中针对Clock Duty Cycle定义了40%~60%的限制。
Test ID 7-9 TMDS - Clock Jitter
CRU的用途主要是利用PLL锁相迴路来还原Clock，为了确认原始Clock不带有过量的Jitter，经过CRU后能有效的还原，示波器会使用软体模拟一阶PLL，针对PLL还原的clock作Jitter的量测，Jitter过大表示原始Clock带有过量Jitter，无法利用PLL的特性有效锁住频率。
Test ID 7-10 TMDS - Data Eye Diagram
眼图的量测如图(九)所示，可以确认信号的品质及阻抗匹配是否有一定的水平，经由多次信号堆叠的结果，可以看出信号电压是否有足够的眼高以及稳定性，Jitter是否合乎规范让眼图有足够的眼宽。而在HDMI眼图测项的部分，可容许Eye Mask左右移动一个Tbit的空间，只要在这个移动范围内，存在一个移动位置让信号可以不压到Eye Mask，就可以判定Pass，这是因为HDMI的架构中，Sink端含有CRU的Component，只要有合乎规范的眼高与眼宽，基本上，Sink端会有足够的能力去判断在这个移动范围的信号。
HDMI Self-Test
如果制造商有完整的设备可以测试上述所提到的，不管是低速信号，Protocol分析或是TMDS高速信号等所有需要通过的测项，HDMI可让制造商做自我认证，减少将待测物送至ATC(Authorized
Testing Center)所需耗费的排程等待时间及测试所需的费用，但要做自我认证有下列前提：
必须是HDMI协会会员。
必须有待测物已经通过ATC认证，但需注意的是，假设已通过ATC认证的待测物分类为Source端的产品，仅能做同分类后续机种的自我认证。
而自我认证必须要准备下列文件：
●CDF(Capabilities Declaration Form)
●Test Result Form
CDF是对应到待测物所能支援的能力，如解析度、色域，是否支援Deep Color等等，而Test Result Form则是制造商自我测试的结果报告，完成这两份文件后，可到HDMI官网登入，填完必要的资讯后，上传CDF及Test Result Form，等待协会确认文件正确后发放Logo。（安盟科技(浩网集团)技术应用工程师
王昱凯(Allen Wang) 供稿）
