GRL：HDMI2.1线缆设计更具挑战性

去年HDMI 2.1正式发布，而兼容性测试规范也在最近发布，随着它带宽和频率越来越高，那么相应的HDMI 2.1线缆设计存在哪些挑战和测试注意事项呢？近日，Granite River Labs亚太区总经理孙志强为《国际线缆与连接》杂志做了详细介绍。

Granite River Labs亚太区副总裁兼总经理孙志强

在大屏幕上进行多媒体传输以增强观看体验，这是HDMI市场的关键驱动因素之一。预计到2025年，全球HDMI电缆（高清多媒体电缆）市场规模将从2017年的24.36亿美元增长至35.21亿美元，复合年增长率为4.7％。
为了因应市场对安全、高速、高效的HDMI电缆的需求，HDMI2.1 支持一系列更高的视频分辨率，包括 8K60 和 4K120 在内的刷新频率，以及高达 10K 的分辨率。同时支持动态 HDR 格式，带宽能力增加到 48Gbps。
但是，这一新规格给终端用户带来了更出众的体验的同时，也给研发和验证带来了更严峻的挑战。
由于HDMI 2.1在技术标准上有了提升，所以数据线方面也有了新的标准，它采用了超高速数据线(Ultra High Speed HDMI Cable)。HDMI Forum官方表示，这个新的数据线具备超低电磁辐射，并且能够向下兼容。如果不使用新的超高速数据线，现有的数据线也可以使用，但是无法兼容HDMI 2.1里的新特性。
为此，孙志强告诉《国际线缆与连接》记者，在进行HDMI2.1线缆设计时，需要考虑更高的信号完整性，而且线缆需要从频域、时域和眼图波形等各个方面进行表征。同时，工程师必须做好严谨的测试，因为即使很小的缺陷或设计错误也会导致高速线缆出现严重问题。
他表示，GRL是世界领先的工程服务和测试自动化解决方案公司，可帮助工程师解决棘手的设计和验证挑战。“GRL始于2010年，旨在提供价格合理的测试服务，我们在信号完整性和线缆机械设计和故障分析方面拥有深厚的专业知识，可帮助硬件开发人员实现数字接口技术。 如今，GRL已经与我们的6个测试设施和研发中心的数百家公司合作。”
HDMI线缆从3G攀升至6G、12Gbps，这会对信号完整性会产生什么影响？据孙志强介绍，因为旧的HDMI1.4线缆会导致眼图关闭，所以需要用到TX和RX均衡器，以支持FRL模式下的更高数据速率信令（高达12Gbps），来克服设计挑战，因此需要能够新的支持12Gbps信令的HDMI线缆。

另外，线缆插入损耗与线缆长度有何关系？据其介绍，在差分插入损耗方面，由于频率越高损耗越大，而且回波损耗高峰会使损耗迅速下降，因此线缆越长损耗越高。HDMI电缆的好坏及其传输距离，主要还是取决于其对应的线规材料，所以更需要成熟的技术参数和机器设备，来大幅度提升了HDMI高清线的稳定性及传输性能。

在本次开发者大会，孙志强提到了HDMI2.1 Cat 3线缆规格与1.4b Cat 2的对比。他表示，HDMI 2.1的延迟差（skew）规格比HDMI 2.0更严格。它将需要更高程度的线长匹配和最小化模式转换。而且HDMI 2.1中的线缆损耗裕量（loss budget）被收紧，以支持更高的数据速率，而更好的线缆材料/部件和阻抗控制将成为关键因素。此外，HDMI 2.1中的串扰规范定义了每个频率范围的裕量，频率越高，信道之间的耦合越多，从而将需要更好的线缆屏蔽/隔离和精心设计的桨板（paddle board）。
在插入损耗方面，HDMI2.1线缆具有平坦的损耗特性，没有共振峰值。而与HDMI2.1线缆相比，HDMI1.4b线缆具有更高的衰减率，它在插入损耗特性上有几个共振峰，这意味着线缆上存在一些明显的阻抗不连续性。
在TDR阻抗方面，HDMI1.4b线缆在桨片部分具有较大的阻抗不连续性。HDMI2.1和1.4b线缆的导线阻抗与100欧姆差分相匹配，但1.4b线缆的导线阻抗更粗糙。
在对内延迟差(Intra-pair Skew)方面，HDMI2.1和HDMI1.4b线缆均具有较小的延迟差，但HDMI1.4b TDT图在上升沿存在反射，这将导致延迟差变得更大。
在模式转换方面，HDMI2.1和1.4b线缆的模式转换没有重大问题，因为延迟差足够小，正负线之间的对称性没有重大差异。桨片段的阻抗失配可能是导致较差回波损耗的主要原因，但通过模拟回波损耗，我们可以通过使用Keysight PLTS上的“门控”功能消除显着的阻抗不匹配。
最后，孙志强认为测试夹具的使用是非常重要的，因为即使测量相同的线缆，如果工具不一样，会看到不同的特性。另外，去嵌功能可以消除测试夹具损耗，但夹具上的HDMI连接器也是测量的一部分，因此不能完全补偿不良夹具/不正确夹具的损耗。

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