GRL：HDMI2.1線纜設計更具挑戰(zhàn)性

       去年HDMI 2.1正式發(fā)布，而兼容性測試規(guī)范也在最近發(fā)布，隨著它帶寬和頻率越來越高，那么相應的HDMI 2.1線纜設計存在哪些挑戰(zhàn)和測試注意事項呢？近日，Granite River Labs亞太區(qū)總經(jīng)理孫志強為《國際線纜與連接》雜志做了詳細介紹。

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

 
       在大屏幕上進行多媒體傳輸以增強觀看體驗，這是HDMI市場的關鍵驅(qū)動因素之一。預計到2025年，全球HDMI電纜（高清多媒體電纜）市場規(guī)模將從2017年的24.36億美元增長至35.21億美元，復合年增長率為4.7％。
 
      為了因應市場對安全、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 10K 的分辨率。同時支持動態(tài) HDR 格式，帶寬能力增加到 48Gbps。
 
      但是，這一新規(guī)格給終端用戶帶來了更出眾的體驗的同時，也給研發(fā)和驗證帶來了更嚴峻的挑戰(zhàn)。
  
       由于HDMI 2.1在技術標準上有了提升，所以數(shù)據(jù)線方面也有了新的標準，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，但是無法兼容HDMI 2.1里的新特性。
 
       為此，孫志強告訴《國際線纜與連接》記者，在進行HDMI2.1線纜設計時，需要考慮更高的信號完整性，而且線纜需要從頻域、時域和眼圖波形等各個方面進行表征。同時，工程師必須做好嚴謹?shù)臏y試，因為即使很小的缺陷或設計錯誤也會導致高速線纜出現(xiàn)嚴重問題。
 
       他表示，GRL是世界領先的工程服務和測試自動化解決方案公司，可幫助工程師解決棘手的設計和驗證挑戰(zhàn)。“GRL始于2010年，旨在提供價格合理的測試服務，我們在信號完整性和線纜機械設計和故障分析方面擁有深厚的專業(yè)知識，可幫助硬件開發(fā)人員實現(xiàn)數(shù)字接口技術。 如今，GRL已經(jīng)與我們的6個測試設施和研發(fā)中心的數(shù)百家公司合作。”
 
       HDMI線纜從3G攀升至6G、12Gbps，這會對信號完整性會產(chǎn)生什么影響？據(jù)孫志強介紹，因為舊的HDMI1.4線纜會導致眼圖關閉，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12Gbps），來克服設計挑戰(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度有何關系？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使損耗迅速下降，因此線纜越長損耗越高。HDMI電纜的好壞及其傳輸距離，主要還是取決于其對應的線規(guī)材料，所以更需要成熟的技術參數(shù)和機器設備，來大幅度提升了HDMI高清線的穩(wěn)定性及傳輸性能。
 

 
       在本次開發(fā)者大會，孫志強提到了HDMI2.1 Cat 3線纜規(guī)格與1.4b Cat 2的對比。他表示，HDMI 2.1的延遲差（skew）規(guī)格比HDMI 2.0更嚴格。它將需要更高程度的線長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鍵因素。此外，HDMI 2.1中的串擾規(guī)范定義了每個頻率范圍的裕量，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/隔離和精心設計的槳板（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線纜的導線阻抗與100歐姆差分相匹配，但1.4b線纜的導線阻抗更粗糙。
 
       在對內(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)換沒有重大問題，因為延遲差足夠小，正負線之間的對稱性沒有重大差異。槳片段的阻抗失配可能是導致較差回波損耗的主要原因，但通過模擬回波損耗，我們可以通過使用Keysight PLTS上的“門控”功能消除顯著的阻抗不匹配。
 
       最后，孫志強認為測試夾具的使用是非常重要的，因為即使測量相同的線纜，如果工具不一樣，會看到不同的特性。另外，去嵌功能可以消除測試夾具損耗，但夾具上的HDMI連接器也是測量的一部分，因此不能完全補償不良夾具/不正確夾具的損耗。