去年HDMI 2.1正式發(fā)布，而兼容性測(cè)試規(guī)范也在最近發(fā)布，隨著它帶寬和頻率越來(lái)越高，那么相應(yīng)的HDMI 2.1線纜設(shè)計(jì)存在哪些挑戰(zhàn)和測(cè)試注意事項(xiàng)呢？近日，Granite River Labs亞太區(qū)總經(jīng)理孫志強(qiáng)為《國(guó)際線纜與連接》雜志做了詳細(xì)介紹。

Granite River Labs亞太區(qū)副總裁兼總經(jīng)理孫志強(qiáng)

 
       在大屏幕上進(jìn)行多媒體傳輸以增強(qiáng)觀看體驗(yàn)，這是HDMI市場(chǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一。預(yù)計(jì)到2025年，全球HDMI電纜（高清多媒體電纜）市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的24.36億美元增長(zhǎng)至35.21億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.7％。
 
      為了因應(yīng)市場(chǎng)對(duì)安全、高速、高效的HDMI電纜的需求，HDMI2.1 支持一系列更高的視頻分辨率，包括 8K60 和 4K120 在內(nèi)的刷新頻率，以及高達(dá) 10K 的分辨率。同時(shí)支持動(dòng)態(tài) HDR 格式，帶寬能力增加到 48Gbps。
 
      但是，這一新規(guī)格給終端用戶帶來(lái)了更出眾的體驗(yàn)的同時(shí)，也給研發(fā)和驗(yàn)證帶來(lái)了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
  
       由于HDMI 2.1在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上有了提升，所以數(shù)據(jù)線方面也有了新的標(biāo)準(zhǔn)，它采用了超高速數(shù)據(jù)線(Ultra High Speed HDMI Cable)。HDMI Forum官方表示，這個(gè)新的數(shù)據(jù)線具備超低電磁輻射，并且能夠向下兼容。如果不使用新的超高速數(shù)據(jù)線，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)線也可以使用，但是無(wú)法兼容HDMI 2.1里的新特性。
 
       為此，孫志強(qiáng)告訴《國(guó)際線纜與連接》記者，在進(jìn)行HDMI2.1線纜設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮更高的信號(hào)完整性，而且線纜需要從頻域、時(shí)域和眼圖波形等各個(gè)方面進(jìn)行表征。同時(shí)，工程師必須做好嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試，因?yàn)榧词购苄〉娜毕莼蛟O(shè)計(jì)錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致高速線纜出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題。
 
       他表示，GRL是世界領(lǐng)先的工程服務(wù)和測(cè)試自動(dòng)化解決方案公司，可幫助工程師解決棘手的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證挑戰(zhàn)。“GRL始于2010年，旨在提供價(jià)格合理的測(cè)試服務(wù)，我們?cè)谛盘?hào)完整性和線纜機(jī)械設(shè)計(jì)和故障分析方面擁有深厚的專業(yè)知識(shí)，可幫助硬件開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)數(shù)字接口技術(shù)。 如今，GRL已經(jīng)與我們的6個(gè)測(cè)試設(shè)施和研發(fā)中心的數(shù)百家公司合作。”
 
       HDMI線纜從3G攀升至6G、12Gbps，這會(huì)對(duì)信號(hào)完整性會(huì)產(chǎn)生什么影響？據(jù)孫志強(qiáng)介紹，因?yàn)榕f的HDMI1.4線纜會(huì)導(dǎo)致眼圖關(guān)閉，所以需要用到TX和RX均衡器，以支持FRL模式下的更高數(shù)據(jù)速率信令（高達(dá)12Gbps），來(lái)克服設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因此需要能夠新的支持12Gbps信令的HDMI線纜。
 

       另外，線纜插入損耗與線纜長(zhǎng)度有何關(guān)系？據(jù)其介紹，在差分插入損耗方面，由于頻率越高損耗越大，而且回波損耗高峰會(huì)使損耗迅速下降，因此線纜越長(zhǎng)損耗越高。HDMI電纜的好壞及其傳輸距離，主要還是取決于其對(duì)應(yīng)的線規(guī)材料，所以更需要成熟的技術(shù)參數(shù)和機(jī)器設(shè)備，來(lái)大幅度提升了HDMI高清線的穩(wěn)定性及傳輸性能。
 

 
       在本次開(kāi)發(fā)者大會(huì)，孫志強(qiáng)提到了HDMI2.1 Cat 3線纜規(guī)格與1.4b Cat 2的對(duì)比。他表示，HDMI 2.1的延遲差（skew）規(guī)格比HDMI 2.0更嚴(yán)格。它將需要更高程度的線長(zhǎng)匹配和最小化模式轉(zhuǎn)換。而且HDMI 2.1中的線纜損耗裕量（loss budget）被收緊，以支持更高的數(shù)據(jù)速率，而更好的線纜材料/部件和阻抗控制將成為關(guān)鍵因素。此外，HDMI 2.1中的串?dāng)_規(guī)范定義了每個(gè)頻率范圍的裕量，頻率越高，信道之間的耦合越多，從而將需要更好的線纜屏蔽/隔離和精心設(shè)計(jì)的槳板（paddle board）。
 
       在插入損耗方面，HDMI2.1線纜具有平坦的損耗特性，沒(méi)有共振峰值。而與HDMI2.1線纜相比，HDMI1.4b線纜具有更高的衰減率，它在插入損耗特性上有幾個(gè)共振峰，這意味著線纜上存在一些明顯的阻抗不連續(xù)性。
 
        在TDR阻抗方面，HDMI1.4b線纜在槳片部分具有較大的阻抗不連續(xù)性。HDMI2.1和1.4b線纜的導(dǎo)線阻抗與100歐姆差分相匹配，但1.4b線纜的導(dǎo)線阻抗更粗糙。
 
       在對(duì)內(nèi)延遲差(Intra-pair Skew)方面，HDMI2.1和HDMI1.4b線纜均具有較小的延遲差，但HDMI1.4b TDT圖在上升沿存在反射，這將導(dǎo)致延遲差變得更大。
 
       在模式轉(zhuǎn)換方面，HDMI2.1和1.4b線纜的模式轉(zhuǎn)換沒(méi)有重大問(wèn)題，因?yàn)檠舆t差足夠小，正負(fù)線之間的對(duì)稱性沒(méi)有重大差異。槳片段的阻抗失配可能是導(dǎo)致較差回波損耗的主要原因，但通過(guò)模擬回波損耗，我們可以通過(guò)使用Keysight PLTS上的“門控”功能消除顯著的阻抗不匹配。
 
       最后，孫志強(qiáng)認(rèn)為測(cè)試夾具的使用是非常重要的，因?yàn)榧词箿y(cè)量相同的線纜，如果工具不一樣，會(huì)看到不同的特性。另外，去嵌功能可以消除測(cè)試夾具損耗，但夾具上的HDMI連接器也是測(cè)量的一部分，因此不能完全補(bǔ)償不良夾具/不正確夾具的損耗。