Granite River Labs 江诗联 Julian Jiang
在当今流行的显示接口中，HDMI接口占据很大一部分市场，在HDMI传输端和显示器端的解析度与频宽都提高的情况下，连接传输端与显示器端的HDMI线缆也更显重要，并越来越受到重视；线缆品质的好坏会直接影响HDMI信号传输品质，且在实际应用场景中，有时候需要很长的线缆，这样的使用场景下，如果继续使用普通铜线线缆，会因为线缆长度较长导致信号或是电压衰减越严重。这时就需要使用其它介质，比如以光纤为介质的线缆来克服信号衰减问题，而这类线缆都有晶片与之配套使用，必然会增加功耗，以往的做法是透过Self-Power方式由其它独立接口进行供电，一般是透过USB Standard-A、USB Micro-B或USB Type-C供电，但这种方式会让线缆产生多余的设计，并且影响使用的便利性；有没有和普通铜线一样不需要额外设计的供电接口，又可以让晶片正常工作的方式呢？有的！答案就是以下要介绍的HDMI新增的PCA及Cable-ID功能。
简介 PCA 与 Cable-ID
PCA的全名为Power for Cable Assemblies，从字面意思来解释即为「供电给连接线缆」，在能够满足供电要求下，HDMI线缆才能正常工作；那线缆对供电的要求为何呢？首先看一下当传输端不支持PCA技术时，+5V pin只能提供55mA的电流给线缆与接收端设备使用；而支持PCA技术的传输端，+5V pin就可以提供300mA的电流给下接设备使用。若想取得更详细的数据说明可以参考HDMI规范： High-Definition Multimedia interface Specification Version 2.1a February 7,2022中的Table 6-19。
那么Cable-ID又是什么呢？ Cable-ID为HDMI线缆上的一组资料结构，该组资料结构说明HDMI线缆支持的功能与能力，可提供给传输端设备读取。所有的HDMI线缆都可以支持Cable-ID，但是针对Category 3线缆Cable-ID功能则为必要支持项目，无论是单向的Category 3线缆或需要外接电源的Category 3线。
PCA 技术
以上针对PCA与Cable-ID做了初步介绍后，接下来我们说明一下PCA技术的几个要素：
- HDMI传输端需要支持PCA功能，当其PCA功能被启动后能透过+5V pin提供至少300mA的电流并且支持Source-ID。
- 支持PCA的HDMI线缆可以从传输端抽取不大于300mA的电流，并且支持Cable-ID。
支持Cable-ID的HDMI线缆应支持Cable-ID资料结构中的前4个位元组，主要字段之解释请参考下表（具体请查阅参考文献[1] Table 10-42）：
表1: Cable-ID主要字段解释
- 使用IDCC协定来沟通传输端和线缆
IDCC协定读与写内容交换的构成为：IDCC Header + IDCC Payload + IDCC Checksum。分别说明如下：
1)IDCC Header：IDCC Header共有5个位元组，前两个位元组是固定标识，第三个位元组内容表示读写交换的物件，目前有定义的有Source-ID、Cable-ID与Sink-ID，其它比特位元内容为固定值，第四个位元组是资料访问的位置，第五个位元组是Payload长度，但是这个长度不包括Checksum位元组（具体请查阅参考文献[1] Table 10-39）。
2) IDCC Payload就是该协议传送的Source-ID、Cable-ID、Sink-ID这些不同长度资料结构的内容。
3) Checksum位于IDCC Payload之后，是以位元组宽度为基础的累加和检验结果，其加总的内容包含IDCC Header，IDCC Payload与IDCC Checksum，总合内容等于0。
下图为一个读取Cable-ID的范例（具体请查阅参考文献[1] Figure 10-20）
图1: Cable-ID读取范例
下表则是对这个范例的解释：
表2: 使用IDCC协议读取Cable-ID命令解释
- IDCC协议的沟通过程
IDCC协议的沟通过程可分为以下四个步骤：
第一步：确保传输端的HPD pin有侦测到被拉高。
第二步：传输端通过发送Source-ID命令来通知连接线，说明传输端支持PCA功能。
第三步：传输端读取连接线的Cable-ID，来确认连接线是否支持Cable-ID。
第四步：如果协议沟通正常，传输端就能提供线缆较大的工作电流以供线缆正常运作。
Cable-ID 测试规范
最后来说明大家最为好奇的线缆Cable-ID测试规范，所使用的测试设备是Teledyne LeCroy的980或者M41h。
注意：Cable-ID里所有的字段设置都使用负逻辑，1表示不支持，0表示支持。
Cable-ID测试的主要步骤如下（参考文献[2]）：
- CDF内容检查，如果线缆支持PCA功能，就一定要支持Cable-ID。
- 验证每个命令的Checksum是否正确。
- 验证保留字段，保留字段应全部设为1。
- 验证Cable-ID第一个位元组的0-2 bits，有且只能设置一个为0，而且要和CDF一致。
- 验证HEAC_n字段，因Cat3线缆一定要支持HEAC，所以Cable-ID的HEAC_n字段一定要设为0。
- 验证PCA_DEP_n字段的设置是否与CDF一致。
- 验证MonoDirErr_n字段的设置是否正确。
- 验证RND字段的值，一定要是随机的，不能重复。
- 验证制造商字段的值，如果没有特定的值就全部填0xFF。
- 验证其它没有规定的字段，没有规定的字段都要是0xFF。
- 验证读写交换的物件范围，只回应Cable-ID物件的命令，不回应其它物件的命令。
- 验证I2C地址通信问题，线缆的通信依据IDCC协议，必须不理会DDC的读取和写入。
结论
随着现代人对于电子产品的使用习惯，传输接口速度不断提升，也有越来越多的标准接口协会为了因应高速、高品质的资料与影像传输而制定出更严谨的测试规范。读者们亦可参考本篇的技术与测试规范说明来检验自身产品，加速产品取证流程，更快地符合规范流通至市面上。
参考文献：
[1].High-Definition Multimedia interface Specification Version 2.1a February 7,2022
[2].High-Definition Multimedia interface Version 2.1 Teledyne Lecroy MOI v1a Test ID:HFR7-24,August 2,2021
作者介绍
江诗联 Julian Jiang
GRL测试工程师，在接口显示测试和无线测试行业有多年的工作经验，熟悉HDMI、DisplayPort、Etherent等多种测试规范，目前负责GRL东莞DisplayPort认证。
