去年HDMI 2.1正式發布，而兼容性測試規范也在最近發布，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和測試注意事項呢？近日，Granite River Labs亞太區總經理孫志強為《國際線纜與連接》雜志做了詳細介紹。

Granite River Labs亞太區副總裁兼總經理孫志強

 
       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 在內的刷新頻率，以及高達 10K 的分辨率。同時支持動態 HDR 格式，帶寬能力增加到 48Gbps。
 
      但是，這一新規格給終端用戶帶來了更出眾的體驗的同時，也給研發和驗證帶來了更嚴峻的挑戰。
  
       由于HDMI 2.1在技術標準上有了提升，所以數據線方面也有了新的標準，它采用了超高速數據線(Ultra High Speed HDMI Cable)。HDMI Forum官方表示，這個新的數據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據線，現有的數據線也可以使用，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的測試，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。“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知識，可幫助硬件開發人員實現數字接口技術。 如今，GRL已經與我們的6個測試設施和研發中心的數百家公司合作。”
 
       HDMI線纜從3G攀升至6G、12Gbps，這會對信號完整性會產生什么影響？據孫志強介紹，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模式下的更高數據速率信令（高達12Gbps），來克服設計挑戰，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材料，所以更需要成熟的技術參數和機器設備，來大幅度提升了HDMI高清線的穩定性及傳輸性能。
 

 
       在本次開發者大會，孫志強提到了HDMI2.1 Cat 3線纜規格與1.4b Cat 2的對比。他表示，HDMI 2.1的延遲差（skew）規格比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，以支持更高的數據速率，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。
 
       在模式轉換方面，HDMI2.1和1.4b線纜的模式轉換沒有重大問題，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。