駕馭 8K 影像世代：DisplayPort 2.1 (HBRx) 與 eDP 2.0 發送端一致性測試的完整技術指南
- Sonya Chan
- 1月19日
- 讀畢需時 9 分鐘
隨著顯示技術的飛速發展，從電競螢幕的高刷新率需求，到專業影視製作對於 8K 甚至更高解析度的渴望，傳輸介面的頻寬與訊號完整性正面臨前所未有的挑戰。作為視訊傳輸標準的領航者，DisplayPort (DP) 與嵌入式 DisplayPort (eDP) 持續演進，推出了 DisplayPort 2.1 與 eDP 2.0 規範，以滿足超高傳輸速率的需求。
然而，更高的傳輸速度意味著更嚴苛的實體層訊號要求，這對於研發工程師與測試實驗室而言，如何精準、高效地完成發送端 (Transmitter, TX) 的一致性測試 (Compliance Test)，成為了產品能否順利上市的關鍵。
本文將深入探討 DisplayPort 2.1 (HBRx) 與 eDP 2.0 的技術核心，解析在高速訊號下所面臨的測試挑戰，並詳細介紹如何透過先進的自動化測試解決方案，如 R&S®RTP 系列示波器，來克服複雜的驗證流程，確保產品符合 VESA 協會的嚴格規範。
高速介面的演進與測試挑戰
從 DisplayPort 1.4 到 2.1 的頻寬跨越
DisplayPort 標準的每一次迭代，都是為了應對數據傳輸量的爆炸性增長。早期的標準在應對 4K 60Hz 時已顯得捉襟見肘，而 DisplayPort 2.1 的出現，正是為了支援未來的顯示規格。在 DP 2.1 的規範中，HBR (High Bit Rate) 模式依然是核心的傳輸模式之一，涵蓋了從 RBR (Reduced Bit Rate)、HBR、HBR2 到 HBR3 等不同的速率等級。
隨著訊號速率的提升，傳輸通道中的損耗、反射以及串擾 (Crosstalk) 效應會被顯著放大。在低速時代可以被忽略的訊號抖動 (Jitter) 與雜訊 (Noise)，在 HBRx 的高速傳輸下，可能直接導致眼圖 (Eye Diagram) 閉合，進而造成接收端無法正確判讀數據，產生位元錯誤 (Bit Error)。因此，針對發送端的實體層測試，不再只是簡單的電氣特性量測，而是需要深入到訊號完整性的細微層面。
eDisplayPort (eDP) 在嵌入式系統的關鍵角色
除了外部連接的 DisplayPort，嵌入式 DisplayPort (eDP) 在筆記型電腦、平板電腦以及一體機 (All-in-One PC) 內部的面板連接中扮演著統治級的角色。eDP 2.0 同樣引入了更高的傳輸速率來支援高解析度面板與 HDR 顯示。與標準 DP 不同的是，eDP 往往運行在更加緊湊、電磁干擾 (EMI) 更為複雜的系統內部環境中，這使得 eDP 發送端的訊號品質驗證變得更加敏感且重要。確保 eDP TX 的訊號能夠在經過軟排線 (FPC) 或同軸電纜後依然保持良好的品質，是系統整合商必須面對的課題。
VESA 一致性測試規範 (CTS) 的重要性
為了確保不同廠商生產的來源裝置 (Source) 與接收裝置 (Sink) 能夠完美互通，視訊電子標準協會 (VESA) 制定了詳盡的一致性測試規範 (Compliance Test Specification, CTS)。對於 DP 2.1 (HBRx) 與 eDP 2.0，CTS 定義了一系列的測試項目，包括眼圖測試、抖動分析、電壓準位驗證以及輔助通道 (AUX Channel) 的通訊測試。
這些測試項目不僅繁多，而且參數設定極為複雜。例如，在進行眼圖測試時，必須正確設定時脈資料恢復 (Clock Data Recovery, CDR) 的參數；在進行抖動測試時，需要區分隨機抖動 (RJ) 與決定性抖動 (DJ)。如果完全依賴人工手動操作示波器來逐項設定與量測，不僅耗時長，且極易因為人為疏失導致測試結果不準確，甚至誤判產品不合格。
自動化測試的核心——R&S ScopeSuite
解決複雜性：自動化軟體的角色
面對 VESA CTS 規範中數以百計的測試參數與步驟，自動化測試軟體成為了現代實驗室的標準配備。Rohde & Schwarz 所推出的 R&S ScopeSuite 軟體，正是為了簡化這一流程而生。它將複雜的 CTS 規範轉化為直觀的操作流程，能夠完全控制連接的 R&S®RTP 系列示波器，自動執行從儀器設定、波形擷取到數據分析的完整過程 。
透過 R&S ScopeSuite，使用者不再需要深入研究每一條規範背後的儀器指令，軟體會根據選定的標準 (如 DisplayPort 2.1 HBRx 或 eDP 2.0)，自動載入正確的限制值 (Limits) 與測試條件 。這對於獲得 VESA 認證至關重要，因為 R&S 的這套解決方案是經過 VESA 官方核准的 (VESA approved solution) ，這意味著使用此方案測得的結果具有公信力，能夠被產業界廣泛接受。
靈活的測試案例選擇與除錯支援
雖然自動化是為了合規性 (Compliance)，但在研發階段，工程師往往需要針對特定的失敗項目進行反覆驗證與除錯。R&S ScopeSuite 提供了極高的靈活性，允許使用者自定義測試流程。工程師可以選擇執行完整的合規性測試，也可以單獨挑選某幾個特定的測試項目 (Test Cases) 進行執行 。
此外，軟體支援「暫停」功能，允許在測試過程中更改參數，這對於除錯 (Debugging) 來說是非常強大的功能。例如，當某個眼圖測試失敗時，工程師可以暫停自動化流程，手動調整示波器的垂直刻度或觸發準位，觀察訊號的異常細節，找出問題的根源是來自於電源雜訊、阻抗不匹配還是晶片本身的驅動能力不足。
關鍵測試項目詳解
要真正理解 DisplayPort 2.1 的測試，我們必須剖析 CTS 規範中的核心測試項目。這些測試主要可以分為主鏈路 (Main-Link) 測試與輔助通道 (AUX Channel) 測試兩大類。
眼圖測試 (Eye Diagram Tests)
眼圖是評估高速串列訊號品質最直觀的工具。在 DP 2.1 的規範中，眼圖測試是規範性 (Normative) 的必要項目 。 眼圖是由成千上萬個位元的訊號波形疊加而成。一個張開良好的「眼睛」代表訊號有足夠的訊噪比 (SNR) 與時序餘裕 (Margin)，接收端可以輕鬆判讀 0 與 1。相反，如果眼圖閉合，則代表訊號受到嚴重的干擾。
在 HBRx 測試中，示波器需要精確測量眼高 (Eye Height)、眼寬 (Eye Width) 等參數。R&S 的解決方案能夠自動應用參考等化器 (Reference Equalizer)，模擬接收端晶片的行為，確保量測結果反映真實的系統效能。
3.2 抖動分析 (Jitter Analysis)
抖動是高速傳輸的大敵。DisplayPort 規範要求對抖動進行極為詳盡的分解與量測，這包括：
總抖動 (Total Jitter, TJ)： 這是所有抖動成分的總和，直接決定了誤碼率 (BER) 。
隨機抖動 (Random Jitter, RJ)： 通常由熱雜訊等物理因素引起，呈現高斯分佈，無法預測。
決定性抖動 (Deterministic Jitter, DJ)： 包括週期性抖動 (PJ)、數據相關抖動 (DDJ) 等，通常源自於開關電源干擾、通道頻寬限制或阻抗不連續。
針對 eDP 2.0，CTS 同樣要求測試 Non-ISI Jitter (非符號間干擾抖動)、Total Jitter 等項目，R&S®RTP 系列示波器 搭配 K133/K134 進階抖動分析選項，能夠將這些成分精確分離，幫助工程師判斷抖動是來自於時脈源的不穩定 (RJ 偏高) 還是電路板走線設計不良 (DJ 偏高) 。
電壓與準位驗證 (Level Verification)
除了時間軸上的抖動，電壓軸上的準位同樣關鍵。測試項目包括差分電壓峰對峰值 (Peak-to-Peak Differential Voltage) 的驗證 。這是為了確保發送端輸出的訊號強度既足夠讓接收端感測，又不會過大造成 EMI 問題或損壞接收端電路。
輔助通道 (AUX Channel) 測試
AUX 通道負責來源端與接收端之間的溝通 (Handshaking)，例如讀取螢幕的 EDID 資訊。如果 AUX 通道不穩，即便主鏈路訊號再好，畫面也無法點亮。 AUX 測試包含 Manchester-II 編碼的眼圖測試、靈敏度測試 (Sensitivity Test) 以及直流電壓終端測試 (Termination DC Test) 。特別值得一提的是，R&S 的解決方案整合了 Unigraf UCD-323 AUX 控制器，能夠完全自動化地控制 DUT 進入特定的測試模式，無需人工介入切換 。
克服量測盲點的先進技術
獨家的硬體時脈資料恢復 (Hardware CDR)
在進行眼圖與抖動測試時，時脈資料恢復 (CDR) 是一個必不可少的步驟，它的作用是從數據流中提取出時脈訊號作為參考基準。傳統的示波器大多採用軟體後處理 (Software CDR) 的方式，這表示示波器先擷取波形，再透過運算還原時脈。這種方式非常耗時，且對於動態變化的訊號反應較慢。
R&S®RTP 系列示波器 的一大殺手鐧在於其配備了專用的 硬體 CDR (HW-CDR) 。這項技術允許示波器在硬體層面直接鎖定訊號時脈，能夠連續追蹤輸入訊號的漂移 。 這帶來了兩大優勢：
速度極快： 不需要等待軟體運算與 PLL 穩定時間 (Settling Time)，大幅縮短了測試週期 。
即時觸發： 能夠針對特定的協議特徵或眼圖違規進行即時觸發，這在除錯間歇性故障時極為有效。
即時解嵌入 (Real-time De-embedding)
在高速測量中，測試治具與探棒本身也會引入損耗與反射，導致測得的訊號比 DUT 實際輸出的訊號要差。為了還原 DUT 的真實表現，必須使用解嵌入 (De-embedding) 技術移除治具效應。 R&S RTP 支援即時解嵌入 (R&S RTP-K122 選項)，透過輸入 S 參數檔案，示波器可以在硬體中即時修正波形 。這讓工程師在螢幕上看到的，就是經過去除治具效應後的「真實」訊號，而無需等待漫長的波形後處理時間。
訊號完整性除錯與模擬
除了合規測試，R&S RTP 還提供了強大的訊號完整性工具。透過 R&S RTP-K126 選項，工程師可以模擬傳輸通道的損耗 (Embedding) 或是模擬發送端的預加強 (Pre-emphasis) 與接收端的等化 (Equalization) 。 這意味著，即使在實體電路板尚未製作完成前，或者在無法實際更換長電纜的情況下，工程師就可以在示波器上模擬不同長度的傳輸線對訊號的影響，這對於預測系統在極限條件下的表現非常有幫助。
測試設置與報告產生
防呆引導與配置
錯誤的儀器設置是導致測試失敗的常見原因。為了將人為錯誤降至最低，R&S ScopeSuite 採用了圖像化的引導介面。在每一個測試步驟中，軟體都會顯示詳細的連接圖與說明，告訴使用者如何連接示波器、探棒與治具 。這種使用者友善的設計 (User-friendly approach) 確保了即使是不熟悉高頻量測的操作人員，也能正確地完成設置 。
完整的測試報告
測試完成後，生成一份清晰、詳盡的報告是交付給客戶或品質管理部門的必要文件。R&S ScopeSuite 能夠自動生成 PDF 格式的測試報告 。報告內容不僅包含最終的 Pass/Fail 結果，還詳細列出了每一個測試項目的數值數據、限制範圍 (Limits) 以及測試當下的波形截圖 。使用者甚至可以根據需求，自定義報告中要包含哪些特定的測試案例，讓報告更具針對性。
報告中清楚呈現了如 Total Jitter、ISI Jitter 等關鍵指標的實測值與規範上限 ，讓閱讀者一目了然產品的品質狀況。
結論
DisplayPort 2.1 (HBRx) 與 eDP 2.0 的推出，為顯示產業帶來了極致的視覺體驗，但也將實體層測試的難度推向了新的高峰。面對高速訊號的嚴苛挑戰，擁有一套可靠、高效且經 VESA 認證的測試解決方案，是確保產品競爭力的關鍵。
Rohde & Schwarz 透過 R&S®RTP 系列示波器 與 R&S ScopeSuite 軟體的完美結合，提供了一個從自動化合規測試到深度訊號除錯的完整平台。無論是硬體 CDR 帶來的極速量測體驗，還是即時解嵌入技術提供的精確度，都展現了其在高速數位測試領域的領先地位。對於致力於開發下一代顯示裝置的工程師而言，這不僅僅是一台量測儀器，更是加速產品上市、確保品質無虞的強力夥伴。
R&S®RTP 系列示波器
R&S®RTP 系列示波器 是 Rohde & Schwarz 針對高效能訊號完整性分析所打造的旗艦級產品。它結合了卓越的訊號保真度與極快的採樣速度，專為最新的數位介面標準（如 DisplayPort 2.1、USB4、PCIe 5.0 等）而設計。
產品核心優勢：
即時訊號處理能力：不同於傳統示波器依賴後處理，R&S®RTP 採用獨特的 ASIC 技術，能在硬體層面即時進行解嵌入 (De-embedding)、觸發與直方圖分析，大幅提升測試效率。
高頻寬與高採樣率： 提供高達 16 GHz 的頻寬 ，足以應對 DisplayPort HBR3 及更高與 eDP 規範的測試需求，捕捉高速訊號的每一個細節。
硬體 CDR (時脈資料恢復)： 內建硬體 CDR 功能，支援高達 16 Gbps 的速率 ，能快速鎖定訊號並進行眼圖分析，對於除錯間歇性抖動問題至關重要。
全方位升級空間： 採用模組化設計，未來可根據測試需求升級頻寬或添加新的分析模組，保障您的設備投資。
整合度高： 雖然體積緊湊，但其強大的分析功能使其能夠取代多種傳統儀器，是現代電子實驗室不可或缺的核心設備。
若您正在尋找能夠應對未來高速傳輸挑戰的測試利器，R&S®RTP 系列示波器無疑是您的最佳選擇。
