Granite River Labs, GRL
李炫娥 Sophie Lee
VESA在2019年正式釋出DisplayPort v2.0（DP2.0）的規範，其傳輸速率上升至20Gbps。這之後，VESA也訂出DP2.0線纜規格並命名為UHBR線纜（UHBR Cable, Ultra High Bit Rate Cable），分成DP40及DP80兩種規格。除了硬體上要求可以傳輸更高的速率外，也是為了避免DP2.0產品搭配較舊的線纜導致終端使用出現問題；此規格也加上Cable ID的功能，讓DP2.0產品可以辨別線纜規格後再決定傳輸速率。現階段UHBR線纜已經可以在GRL進行認證，本文章將介紹UHBR線纜的規格要求及測試項目。
UHBR線纜傳輸速率
如開頭介紹，DP2.0最高可以支援到20Gbps（UHBR20），其他支援的傳輸速率有10Gbps（UHBR10）及13.5Gbps（UHBR13.5）。而UHBR線纜兩種規格（DP40及DP80）的差異即在於可以支援的最高傳輸速率。規格名稱當中的數字分別代表40Gbps，也就表示可以支援到四個高速通道的UHBR10；以及80Gbps代表可以支援到四個高速通道的UHBR20。由於UHBR線纜可支援的最高傳輸速率比起以往規格的HBR3 8K線纜要來得高，可以用其點亮的最大解析度也提升了，下表整理兩者可支援的最大解析度。
表1: HBR3 8K線纜及UHBR DP80線纜可支援之解析度
UHBR線纜連接器
另外，原有的Standard DisplayPort與Mini DisplayPort連接器因硬體限制無法支援DP2.0的傳輸速率。所以VESA計畫推行改良版連接器，稱為Enhanced Full-Size DisplayPort（Enh FS DP）以及Enhanced Mini DisplayPort（Enh mDP）連接器，改良過後的Enh FS DP可以支援到UHBR10，Enh mDP則可以支援到UHBR20。UHBR線纜均需使用Enh FS DP或Enh mDP連接器。
依照線纜兩端連接器種類，可以分成表二中的線纜種類，且線纜上必須要有DP40或DP80相對應的Logo標章，如圖一所示。
表2: UHBR線纜種類
圖1: UHBR線纜標章（來源：https://vesa.org/）
UHBR線纜設計
上述無論哪一種線纜若按照規範設計，其阻抗設計必須要在85ohm左右，這是UHBR線纜與之前的線纜規格其一差異之處。另外一點在於UHBR線纜必須要加上Cable ID的設計，Cable ID的功用是讓DP2.0 Source及DP2.0 Sink可以辨別現在連接上的線纜是否為UHBR線纜。會需要這個功能是因為DP2.0 Source連接上DP2.0 Sink時會進行溝通並且以UHBR的傳輸速率進行影像傳輸，也就是Link Training的過程。若線纜能力不足，在用10Gbps以上的傳輸速率傳輸影像時訊號損耗太大，將造成螢幕點不亮或功能出問題。因此，在連接時可以讓DP2.0 Source或DP2.0 Sink辨別連接上的線纜規格，如果是UHBR線纜，後續Link Training才使用UHBR傳輸速率；若不是則使用較低的傳輸速率，像是HBR3或更低的傳輸速率。相對的DP1.4 Source與DP1.4 Sink因為傳輸速率較低，使用舊規格線纜或UHBR線纜都不會有線纜能力不足的問題，因此沒有設計Cable ID功能。
不管是Enh FS DP、Enh mDP及USB Type-C線纜都需要裝載Cable ID的功能，Enh FS DP與Enh mDP 的Cable ID設計上相同，必須將CONFIG1及CONFIG2用電阻串接起來，如圖二。電阻的電阻值決定該線纜規格是DP40或DP80，680kohm為DP40；220kohm為DP80。在線纜連接上DP2.0 Source及DP2.0 Sink之後，Sink會在CONFIG1上供3.3V的電壓，此時CONFIG2由於以電阻串接CONFIG1，因此也會出現電壓位準變化。
圖2: UHBR Cable Cable ID電路設計（來源：DP v2.1 SCR on Cable Identification Section Addition Draft4）
USB Type-C線纜則是需要加上eMarker設計並且在Power Delivery能力宣告中加上其支援的傳輸速率，會在SOP’的Discover Mode中宣告。
表3: USB Type-C線纜eMarker IC宣告
Cable ID認證測試
由於UHBR線纜加上Cable ID的設計，認證測試中也規定必須要驗證其功能。下表列出UHBR線纜認證測試項目。除了Impedance、Inter-Pair Skew及Intra-Pair Skew屬於時域的項目外，頻域相關的項目都是由網路分析儀量測s4p參數後，再用VESA認證的測試軟體進行演算並判斷結果。
表4: UHBR Cable認證測試項目
USB-C to DP線纜除了上述的測項外也需要驗證Power Delivery相關的測項以及Interoperability（相容性測試），確保線纜的功能皆正常且符合相關規範。VESA現在已經開始推行認證測試，GRL也與驊陞科技合作完成全球第一款使用Enh FS DP連接器的DisplayPort DP40 UHBR線纜認證，GRL也正在與廠商合作USB-C to DP線纜的認證。
結論
先前由於DP1.4線纜硬體限制，所以發展出影像傳輸壓縮技術，使用較低的頻寬也仍然可以達到高解析度。但現在UHBR線纜持續突破界線，可以支援更高的傳輸速率，原本只能支援到HBR3的Standard DisplayPort也可以支援到UHBR10了。筆者認為，未來雖然可能由USB Type-C主導市場占比，但Standard DisplayPort仍然會有自己獨特的市場及需求。
參考文獻
- 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 台灣測試工程師 李炫娥 Sophie Lee
國立台灣大學機械工程系畢業。在 GRL 擁有三年多測試經驗，熟悉 DisplayPort, Ethernet 等測試規範，並擔任 GRL 技術文章作者及演講講師。
本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知。
發佈日期 2022/05/13 AN-220513-TW
