DisplayPort 物理層一致性與訊號完整性測試方案

從標準一致性到深度除錯：駕馭高速 DisplayPort 設計的複雜挑戰

隨著現代顯示技術對頻寬的需求不斷增長，DisplayPort (DP) 已成為主流的高速數位顯示介面，從 HBR3 的 8.1 Gbps 到 DP 2.1 時代的 UHBR20 (每通道 20 Gbps)，飛快的傳輸速率使得訊號完整性成為設計與驗證中最關鍵的挑戰。

為了確保不同廠商的設備之間能夠無縫互通，視訊電子標準協會 (VESA) 透過其一致性測試規範 (Compliance Test Specification, CTS)，為發送端 (Source)、接收端 (Sink) 及線纜的性能驗證，制定了嚴格的測試程序，一套完整且可靠的測試解決方案，不僅是通過認證的必要條件，更是加速產品開發、降低整合風險的關鍵。
 

一套完整的 DisplayPort 測試環境

一個典型的 DisplayPort 測試物理鏈路包含三個核心元件：

• 發送端設備 (Source/Transmitter)：產生並傳送高速主鏈路 (Main Link) 數據。
• DisplayPort 線纜 (Passive Channel)：在源與匯之間傳輸訊號，但同時也可能帶來插入損耗、反射等訊號衰減。
• 接收端設備 (Sink/Receiver)：接收並解碼傳輸訊號。

此解決方案聚焦於發送端的一致性測試與線纜的特性分析，提供從自動化標準測試到深度訊號完整性除錯的完整流程。
 

第一部分：發送端 (Source) 測試

測試點 (Test Points) 的定義

VESA 為 DisplayPort 標準定義了一系列的測試點 (TP)，作為評估訊號完整性的標準化位置。

Figure 1: 測試點 (TP) 定義
 

• TP1: 位於發送端晶片封裝的輸出引腳，僅為參考點，無法實際量測。
• TP2: 位於測試治具 (TPA Fixture) 上，盡可能靠近發送端的連接器，這是所有發送端測試的規範性量測點，用於量測電壓擺幅、眼圖、抖動等。
• TP3_EQ / TP3_CTLE / TP3_DFE: 這些是基於 TP2 量測結果的計算測試點。
  示波器會透過嵌入一個最差情況的線纜模型，並套用接收端等化器 (CTLE/DFE) 演算法，來模擬訊號在接收端晶片輸入端的樣貌。

示波器在此扮演了一個「參考接收機」的角色，用以評估訊號在經歷最差傳輸路徑後，是否仍能被正確解讀。
 

發送端一致性測試設置

一個典型的 DisplayPort 發送端測試，是將待測物 (DUT) 透過專用的測試治具連接到高性能示波器，以擷取 TP2 的訊號，AUX 通道則透過一個輔助板連接到 EDID 模擬器，用以觸發待測物進入指定的測試模式（如設定解析度、通道數、傳輸速率等）。

Figure 2: 發送端 (Source) 一致性測試設置

 

使用 R&S ScopeSuite 實現自動化一致性測試

DisplayPort CTS 規範了包含眼圖分析、電壓與時序、抖動分解、AUX 通道完整性等一系列繁瑣的物理層量測，為了提升效率與一致性，自動化測試軟體至關重要。

R&S ScopeSuite (RTP-K114) 軟體提供了一個結構化的工作流程，能引導進行設定、自動執行所有 CTS 定義的測試項目，並生成包含 Pass/Fail 結果、波形圖、眼圖與抖動分析的完整報告，大幅縮短測試時間並確保結果的可重複性。

Figure 3: R&S ScopeSuite 軟體介面
 

當一致性測試失敗時：進階訊號完整性驗證與除錯

若自動化測試的結果不通過或處於及格邊緣，就需要手動進行更深入的訊號完整性分析，以找出問題根源。

等化與眼圖分析

隨著傳輸速率提升（如 HBR2/HBR3），訊號經過線纜後會嚴重衰減，導致眼圖閉合，因此，CTS 規範了模擬接收端等化器的分析流程。

Figure 4: HBR3 傳輸速率下的各測試點眼圖
 

Table 1: 不同測試點的眼圖

測試軟體會自動掃描所有 CTLE 增益設置，找出能讓眼圖張開度最大的最佳配置 (TP3_CTLE_Optimal)，若此時眼高仍不符合規範（例如 HBR3 要求 ≥65 mV），則可選擇性地啟用 DFE 來評估訊號的可恢復性。

Figure 5: 最佳化 CTLE 後的 TP3 眼圖 (TP3_CTLE_Optimal)
 

抖動分析

抖動分析專注於訊號時序的偏移，是驗證發送端穩定性的關鍵，測試會將抖動分解為隨機抖動 (RJ) 與確定性抖動 (DJ)，有助於將時序問題追溯至具體的根源，例如雜訊、反射或時脈不穩定等。

Figure 6: 抖動分析結果
 

抖動分析同樣會在 TP2 與 TP3_CTLE 兩個測試點進行，對於 HBR3，TP3_CTLE 處的總抖動 (Total Jitter) 必須不大於 0.47 UI。

第二部分：線纜 (Cable) 測試

一個合規的發送端，若搭配一條劣質的線纜，整個鏈路的性能依然會功虧一簣，線纜會帶來插入損耗、回波損耗、阻抗不匹配等問題，因此對其進行完整的特性分析至關重要；線纜測試的核心工具是向量網路分析儀 (Vector Network Analyzer, VNA)。
 

線纜分析測試設置

測試時，待測線纜會被連接在兩個 DisplayPort 插座治具之間，VNA 則透過同軸線纜連接到治具上，以進行四埠的差動 S 參數測量。

Figure 7: 線纜測試設置
 

VNA 量測

經過精準的校準與治具去嵌入 (De-embedding) 後，VNA 可以量測出線纜的各項關鍵電氣特性。

Figure 8: VNA 量測結果
 

• SDD21 (差動插入損耗)：描述訊號通過線纜後的衰減程度。
• SDD11 (差動回波損耗)：反映線纜內部因阻抗不匹配造成的訊號反射量。
• TDR (時域反射儀)：以時域方式呈現線纜沿線的阻抗變化，有助於定位瑕疵點。
• 模擬眼圖：基於量測到的 S 參數，數學運算出訊號通過此線纜後的模擬眼圖。

所有量測結果都需與 CTS 規範的遮罩 (Mask) 進行比對，以判定是否合規。
 

核心產品介紹

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配置指南

發送端測試所需儀器與配件

線纜測試所需儀器與配件