新闻中心
HDMI 2.1 Ultra High Speed Cable技术发展与难题
发布时间:2021-08-25

随着HDMI 2.1 FRL的发布,影像分辨率从4k@60Hz跃升到了8k@60Hz,HDMI的传输带宽也从18Gbps提升到48Gbps,不仅显示适配器以及屏幕的软硬件都要技术升级,用来传输讯号的HDMI线缆也因应更高带宽的讯号,必须减少讯号传输过程的损耗,因此HDMI协会发布了能够乘载至48Gbps的 Category 3 Cable测试规范,也就是超高速HDMI线缆(Ultra High Speed Cable;简称UHS cable),以下将为您解说Category 3 Cable的技术发展以及难题。



Passive Cable& Active Cable


目前市面上贩卖的UHS Cable多为被动式线缆(Passive Cable),也可以称为Wire cable,材质多半使用铜线,此种线缆沿袭以往Category 2 Cable的制作技术,制程成熟且成本低廉,但受限于高速讯号在铜线传输的损耗较高,因此线材长度较短且线径粗,尚可满足一般家用需求;但随知名显卡品牌推出更高画质的影像输出技术,伴随电视、电竞屏幕产业的蓬勃发展,消费者追求更好的影音飨宴,更长、更细、损耗更低的线缆才能符合各种多媒体播放场合,因此各大厂家纷纷将光纤技术应用到HDMI线缆上,发展出了主动式光纤HDMI线缆(Active Optical HDMI Cable, AOC HDMI cable),在线缆的两侧加上光电转换的组件,将HDMI讯号在不产生损耗的状况下传输,AOCHDMI Cable又可分为半光纤与全光纤;半光纤线材只有四对高速讯号对使用光纤,其余的低速脚位则使用一般的铜线材质;而全光纤线缆则是所有脚位都使用了光纤来传输讯号,但目前协会尚未制定全光线缆的测试方案。



HDMI 2.1 UHSCable测试项&案例


HDMI 2.1 UHS cable测试项目如表一所示,目前协会分别制定了Wire cable及Active cable两种类型的线缆,其中Active cable包含以下两种:

  1. 铜线主动式线缆

  2. 半光纤电缆

至于,全光纤线缆如前面提到的,目前协会尚未制定出量测方案,如果厂商想用此类型线缆取得HDMI 2.1 UHS Cable认证还需等待。主要原因是在测试项目中,eARC的测试方式是使用网络分析仪量测,包含Impedance、Insertion Loss、Skew等测试项目,而这些测试项目都不适用于全光纤线缆上。




由于GRL已协助许多厂商取得HDMI 2.1 UHS Cable认证,以下分享最常见的测试状况。首先HFR7-1 DC Power Test是最容易遇到问题的一个项目,且HFR7-1分为两种测试条件。



HFR7-1 DC Power Test

将分别模拟线缆接上未开机状态与开机状态的屏幕来测试,在Source端的+5V 脚位给予电压,量测Sink端的电压值不可低于4.7V,需要特别注意的是,线缆越长,使用的芯线越细,线材的压降就会越大。当线缆做的越长,需要特别注意AWG设计需要足够符合规范的压降。

另外,线缆在Source端的电流抽载不可超过55 mA,如图2所示,在测试Power On Sink时,由此来测试线缆在正常使用下的电流抽载与电压压降是否符合规范,其中搭载IC芯片的Active Cable因需要额外的供电来启动IC芯片,容易造成电流超过55 mA,为解决此问题,可在线缆加上USB外接电源来提供不足的电力。如果有USB外部供电,其测试条件如下如图所示。

具有USB外接电源的Active Cable在HFR7-1的测试内容,分别在Power Off Sink与Power On Sink的条件下都要进行不外接USB电源的测试;其中HDMI协会在今年七月发布更新,Power Off Sink在不外接电源的测试条件下,测试结果仅供参考,原因是在Power Off Sink的情况下,Source和Sink是没有开启的状态,实际应用上线缆不会接收到来自两端的HPD侦测以及讯号,而Power On Sink且不接外接电源状况下则必须通过,以确保两端装置在启动状态下,Cable对装置抽载过多电流而造成损坏。

  低速讯号的测试还有像是DDC与CEC通道的电容不可大于700 pF,目的是让通过的低速讯号通过时不会因为Cable的电容过高,会影响讯号的质量,造成装置误判,线缆越长电容值可能会越高,Connector与芯线的连接设计也会影响到电容值。

HFR7-21 EYE Test


HFR7-21眼图测试也是一项指针项目,测试FRL 标准讯号通过待测线缆之后,传输到Receiver端的质量,是属于Active Cabe的必测项目,因为FRL讯号相较以往TMDS讯号,传输的带宽大幅提升,也面临更大的传输损耗,因此在Receiver端使用了Continuous Time Linear Equalizer(CTLE)的补偿,HFR7-21则会在Receiver端加上8阶段的CTLE,因为实际应用上Source和Sink会Link Training到一组优化的CTLE,因此只要其中一个阶段的CTLE值可以通过即可,图4和图5分别是不同CTLE的测试结果。透过眼图的表现,客户可以根据其结果适当调整主动IC组件的Equalizer来符合规范。


HDMI AVcc

除了眼图的测试,另一项在Active Cable测试上还有一项常有问题项目,就是测试线缆的高速讯号对的HDMI AVcc电压值,即为HDMI Single-Ended的Termination Voltage,此项目测试线缆在连接一般装置时,要能够将Sink提供的AVcc传输到Source,若是电压太低会使Source误判Sink未在启动的状态,导致讯号无法输出,此项目若是Fail则无法进行后续的眼图以及Skew测试, Active Cable使用的芯片Drive能力以及传输造成的损耗可能会影响此一项目。

当HDMI 2.1的测试项目都通过之后,线缆还必须通过EMI(Electromagnetic interference, EMI)电磁干扰的测试,才能够取得HDMI 2.1认证,进行EMI测试是确保线缆在充满电磁波的真实环境下,依然能维持高质量的传输功能。


结论


最后,HDMI 2.1 UHS Cable测试规范发布之后,线缆的设计与制作就快速的成长发展,以因应消费市场对于HDMI高分辨率质量的要求,但设计上问题与测试规范的限制也是接踵而来,经过多次的来回修改与测试,许多种类的线材纷纷问世,而HDMI协会也不断的讨论规范内容,以适用于未来更新颖的Cable设计,期待未来更多创意的设计发想,提升HDMI产业发展


上一篇:

下一篇:HDMI年度稽核加严

返回列表

惠州市德泓科技有限公司
+86 0752-5758157

受理时间:上午8:00~12:00 下午13:30~18:00( 周一至周六,节假日除外 )

公司地址:广东省惠州市惠城区东江高新区东兴大道与兴业西路交叉口西北200米

公司电话:+86 0752-5758157

电子邮箱:hzdh@dehong-hz.com