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。
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
