By GRL team on May 12, 2022

DisplayPort DP40 / DP80 UHBR线缆规格与测试

   

Granite River Labs, GRL
李炫娥Sophie Lee

 

VESA在2019年正式发布DisplayPort v2.0(DP2.0)的规范,其传输速率上升至20Gbps。这之后,VESA也发布了DP2.0线缆规格并命名为UHBR线缆(UHBR Cable, Ultra High Bit Rate Cable),分成DP40及DP80两种规格。除了硬件上要求可以传输更高的速率外,也是为了避免DP2.0产品搭配较旧的线缆导致终端使用出现问题;此规格也加上Cable ID的功能,让DP2.0产品可以辨别线缆规格后再决定传输速率。现阶段UHBR线缆已经可以在GRL进行认证,本文章将介绍UHBR线缆的规格要求及测试项目。

 

UHBR线缆传输速率

如开头介绍,DP2.0最高可以支持到20Gbps(UHBR20),其他支持的传输速率有10Gbps(UHBR10)及13.5Gbps(UHBR13.5)。而UHBR线缆两种规格(DP40及DP80)的差异即在于可以支持的最高传输速率。规格名称当中的数字分别代表40Gbps,也就表示可以支持到四个高速通道的UHBR10;以及80Gbps代表可以支持到四个高速通道的UHBR20。由于UHBR线缆可支持的最高传输速率比起以往规格的HBR3 8K线缆要来得高,可以用其点亮的最大解析度也提升了,下表整理两者可支持的最大解析度。

表1: HBR3 8K线缆及UHBR DP80线缆可支持之解析度

 

UHBR线缆连接器

另外,原有的Standard DisplayPort与Mini DisplayPort连接器因硬件限制无法支持DP2.0的传输速率。所以VESA计划推行改良版连接器,称为Enhanced Full-Size DisplayPort(Enh FS DP)以及Enhanced Mini DisplayPort(Enh mDP)连接器,改良过后的Enh FS DP可以支持到UHBR10,Enh mDP则可以支持到UHBR20。 UHBR线缆均需使用Enh FS DP或Enh mDP连接器。

依照线缆两端连接器种类,可以分成表二中的线缆种类,且线缆上必须要有DP40或DP80相对应的Logo标识,如图一所示。

表2: UHBR线缆种类

 

图1: UHBR线缆标识(来源:https://vesa.org/)

 

UHBR线缆设计

上述无论哪一种线缆若按照规范设计,其阻抗设计必须要在85ohm左右,这是UHBR线缆与之前的线缆规格其一差异之处。另外一点在于UHBR线缆必须要加上Cable ID的设计,Cable ID的功用是让DP2.0 Source及DP2.0 Sink可以辨别现在连接上的线缆是否为UHBR线缆。会需要这个功能是因为DP2.0 Source连接上DP2.0 Sink时会进行沟通并且以UHBR的传输速率进行影像传输,也就是Link Training的过程。若线缆能力不足,在用10Gbps以上的传输速率传输影像时信号损耗太大,将造成屏幕点不亮或功能出问题。因此,在连接时可以让DP2.0 Source或DP2.0 Sink辨别连接上的线缆规格,如果是UHBR线缆,后续Link Training才使用UHBR传输速率;若不是则使用较低的传输速率,像是HBR3或更低的传输速率。相对的DP1.4 Source与DP1.4 Sink因为传输速率较低,使用旧规格线缆或UHBR线缆都不会有线缆能力不足的问题,因此没有设计Cable ID功能。

不管是Enh FS DP、Enh mDP及USB Type-C线缆都需要装载Cable ID的功能,Enh FS DP与Enh mDP 的Cable ID设计上相同,必须将CONFIG1及CONFIG2用电阻串接起来,如图二。电阻的电阻值决定该线缆规格是DP40或DP80,680kohm为DP40;220kohm为DP80。在线缆连接上DP2.0 Source及DP2.0 Sink之后,Sink会在CONFIG1上供3.3V的电压,此时CONFIG2由于以电阻串接CONFIG1,因此也会出现电压点位变化。

图2: UHBR Cable Cable ID电路设计(来源:DP v2.1 SCR on Cable Identification Section Addition Draft4)

 

USB Type-C线缆则是需要加上eMarker设计并且在Power Delivery能力宣告中加上其支持的传输速率,会在SOP’的Discover Mode中宣告。

表3: USB Type-C线缆eMarker IC宣告

 

Cable ID认证测试

由于UHBR线缆加上Cable ID的设计,认证测试中也规定必须要验证其功能。下表列出UHBR线缆认证测试项目。除了Impedance、Inter-Pair Skew及Intra-Pair Skew属于时域的项目外,频域相关的项目都是由网络分析仪量测s4p参数后,再用VESA认证的测试软体进行演算并判断结果。

表4: UHBR Cable认证测试项目

 

USB-C to DP线缆除了上述的测项外也需要验证Power Delivery相关的测项以及Interoperability(兼容性测试),确保线缆的功能皆正常且符合相关规范。 VESA现在已经开始推行认证测试,GRL也与骅升科技合作完成全球第一款使用Enh FS DP连接器的DisplayPort DP40 UHBR线缆认证,GRL也正在与厂商合作USB-C to DP线缆的认证。

 

结论

先前由于DP1.4线缆硬件限制,所以发展出影像传输压缩技术,使用较低的带宽也仍然可以达到高解析度。但现在UHBR线缆持续突破界线,可以支持更高的传输速率,原本只能支持到HBR3的Standard DisplayPort也可以支持到UHBR10了。笔者认为,未来虽然可能由USB Type-C主导市场占比,但Standard DisplayPort仍然会有自己独特的市场及需求。

 

参考文献

  • VESA DisplayPort (DP) Standard Version 2.0 26 June, 2019: https://vesa.org/
  • DP v2.1 SCR on Cable Identification Section Addition Draft4 1 December, 2021: https://vesa.org/
  • VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type-C Standard Version 2.1, Draft 5 7 March, 2022: https://vesa.org/
 

作者

GRL 台湾测试工程师 李炫娥Sophie Lee

国立台湾大学机械工程系毕业。在GRL 拥有三年多测试经验,熟悉DisplayPort, Ethernet 等测试规范,并担任GRL 技术文章作者及演讲讲师。

 

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本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。

发布日期2022/05/13 AN-220513-TW

Published by GRL team May 12, 2022

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