USB HDMI DisplayPort Retimer Redriver

搞定8K高速傳輸衰減 譜瑞重計時器守住訊號完整性

2022-06-02
影音應用的解析度,隨著消費者要求一路提高,4K 60Hz逐漸成為主流,朝向4K 120Hz與8K發展,更快的傳輸速率無可避免地同時也造成訊號衰減日益顯著,所以控制晶片搭配訊號加強器(Repeater)越來越普遍,譜瑞更是切入技術門檻最高的重計時器(Retimer)。

高畫質/高速傳輸需求逐漸浮現

現今高速傳輸用途多樣化,針對最新協議規範包含HDMI 2.1、DisplayPort 2.1與USB4,面對規格演進,市場布局正急速拓展,4K已成為電視主流解析度,8K甚至更高解析度將是未來趨勢。

以HDMI來說,目前演進到最新HDMI 2.1標準,FRL模式下傳輸速率可到單路12Gbps去支援8K 60Hz的顯示器;且在演進之後,交流耦合(AC Coupling)訊號與透過訓練建立鏈路已接近DisplayPort設計概念。因此,為了因應現在的8K需求,除了解析度提升之外,還有高動態範圍影像(HDR),都須以更高的頻寬來支援。

譜瑞科技產品行銷經理邱顯鴻(圖1)表示,2022年主流個人電腦仍停留在HDMI 2.0,但已可以見到在高階商用、電競、創作者等級的個人電腦上支援HDMI 2.1功能。另外,DisplayPort 2.0最高可以達到單路20Gbps的傳輸速率,另外其多重串流傳輸(MST)可在一個DisplayPort介面上輸出到外接MST集線器(Hub)裝置,或者是接到支援MST功能的顯示器上,並以菊鏈(Daisy Chain)形式支援多個顯示設備,有助於建立消費者需要的使用環境。

圖1 譜瑞科技產品行銷經理邱顯鴻表示傳輸介面規格帶來更上層樓的需求,影響訊號完整性、延遲問題,8K高速訊號僅透過Redriver訊號放大,會產生許多雜訊,使用Retimer恢復訊號品質是較好的做法。

訊號畸變/失真/衰減仍有待解決

在8K的市場明朗化下,電腦設備也需支援8K的解析度,而目前連接埠大部分多以HDMI或USB Type-C為主。雖然DisplayPort連接埠日益減少,但與USB Type-C整合相容後,不單可透過USB資料雙向傳輸,還支援達單路20Gbps的傳輸速率。

在影音傳輸市場蓬勃發展,且解析度需求提高之際,筆電產品對於更快速傳輸速率要求更甚以往,卻也導致號衰減、干擾問題產生。邱顯鴻指出,高速訊號在通過電纜或印刷電路板傳輸時,衰減現象很嚴重,甚至會導致訊號畸變。高頻訊號透過傳輸線路傳送,往往傳輸線路導致的通道插入損耗增加,並產生反射、串擾、雜波訊號和散射。此外,傳輸距離增加導致訊號衰減,加重訊號品質下降,進而形成資料位元錯誤,無法在遠端或接收端成功復原傳輸的訊號。 尤其是高階應用的智慧裝置來說,低延遲、高速傳輸是必要條件。邱顯鴻表示,傳輸介面規格帶來更上層樓的需求,影響訊號完整性、延遲問題,8K高速訊號僅透過Redriver訊號放大,會產生許多雜訊,使用Retimer恢復訊號品質是較好的做法。

重計時器促進傳輸介面高速演進

高速訊號其實就是0跟1的組合,連續的高速訊號在示波器上呈現的眼圖(Eye Diagram),若在0與1轉換中有時間上偏差,便會形成時脈抖動(Timing Jitter),當時脈抖動累積太多會造成訊號失真。

邱顯鴻談到,若同時考量到USB-C連接埠回傳資料到SoC接收端,也必須針對外在環境做去除時脈抖動(Jitter Cleaning)以及訊號重建。此時若採用Redriver只單純做特定頻段的補償以及輸出,只是將其訊號放大,但抖動依然累積。因此,採用Retimer才有辦法協助在印刷電路板(PCB)上衰減的訊號確實恢復跟重建。

邱顯鴻進一步說明,Retimer除了把失真訊號準確蒐集之外,還針對資料內容與時脈去做處理重建(Clock Data Recovery)。譜瑞科技將重建過後的訊號輸出,有效去除抖動(Jitter Free),使其能夠完全地回到SoC輸出標準,Retimer除了均衡器(Equalizer)跟後端驅動(Driving),內部還有時脈資料回復電路(Clock Data Recovery)的電路設計用以重建時脈與資料本身。

最後,邱顯鴻表示,在高速傳輸產品線部分,譜瑞科技以Retimer與Redriver為主,另外還包括轉接器以及USB集線器,相關產品主要會使用在筆記型電腦與桌上型電腦的系統主機板上,以及外接裝置(Docking/Dongle)上。主要功用在延伸影音與資料訊號,以便克服PCB傳輸造成的訊號損失以及失真,以Redriver的技術針對損耗做補償,再更進一步以譜瑞專有的Jitter Cleaning Retimer將高速傳輸時造成的抖動去除,讓高速訊號品質在傳送與接收過程都維持完整性。

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