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TranSwitch高画质数位接头的融合趋势

 2011-10-19
从VGA、SVGA、XGA、SXGA、UXGA、WUXGA、QXGA、WQXGA、QSXGA到4K,显示技术不断提升带来更细腻逼真的高画质,使得影音传输的数位传输接口╱接头不断的改变;为了化繁御简,这些高画质数位接头开始出现融合为一的大一统趋势…

美商传威高速互连事业发展总监林铭贤(Limas Lin)指出,美商传威(TranSwitch)系于1988年成立,有23年历史的公司,提供HSI(High-speed Serial Interconnect)高速互连接口如HDMI v1.4、HDP、AnyCable等高速数位接口连接技术,另有用户端通讯装置如PoE、Wi-Fi 802.11n,以及Fixed & Mobile Infrastructure固网与行动通讯设备。过去为AT&T、Alcatel-Lucent等公司制造通讯交换机里面的IC芯片,2000年以后逐渐转向开发HDMI、DisplayPort等SerDes(串行/解串器),目前的客户有Intel、Apple、Samsung…等。因客户建议将转接各种高速传输讯号的技术做成硬件芯片,因而有日后所推出的HDP结合HDMI与DisplayPort接口双合一的产品。他指出,高画质(FullHD)显示技术越来越成熟,对外还是要有个连接线与数位接头把讯号接到显示器,即使是电视机或显示器内外,这个数位接头目前有许多种类差异。将来这些数位接头将逐渐融合在一起,成为一条全面通吃、适合不同接口的数位接头。

数位装置的连接讯号/接口的演进趋势,从过去类比的Composite A/V端子(复合影音)与S-Video(S端子),提供标准分辨率(SD,640x480~720x480)与左右立体双声道技术,接下来是早期PC电脑常见的类比RGB端子与VGA接头,可提供FHD(FullHD 1,920x1,080)到WUXGA(1,920x1,200)分辨率与左右立体双声道;随后影音设备进入纯数位讯号的HDMI与DisplayPort数位接头接口时代,提供纯净的FHD(Full HD 1,920x1,080)数位影音讯号与7.1声道环绕音效。显示器规格从早期VGA(640x480)、SVGA(800x600)、XGA(1,024x768),SXGA(1,280x1,024)、UXGA(1,600x1,200)到进入FullHD 1080p的WUXGA(1,920x 1,200)及2K规格QXGA(2,048x1,536)、苹果MacBook Pro使用的WQXGA(2,560x1,600)、QSXGA (2,560x2,048)到将来的4K(4,096x2,160),显示技术不断的提升需要更高频的SerDes(串行/解串器),也使影音传输的数位传输接口╱接头不断的改变。

高速数位接口的频宽与下一代SerDes
当产业环境驱动到需要显示Deep Color Full 3D,也就是FullHD规格3D显示加上左右眼各60fps的环境下,其讯号频宽已远超过目前HDMI与DisplayPort所负荷的规格,因而苹果采用Intel Thunderbolt高速数位接口,以电线传输DisplayPort与PCIe讯号;其双向10Gbps频宽可提供到UHD(Ultra HD, 7,680x4,320)加上9.1声道环场音效的频宽,足以应付当前Full 3D以及下一代4Kx2K @60Hz的显示需求。苹果就是希望以1条对外的连接线来连接外部的显示装置、周边装置,以及电脑装置之间的互连,目前搭配Thunderbolt接头的苹果27吋显示器,可同时接2个MBP(Mac Book Pro)或由1部MBP接到2个ThunderBolt显示器做平行多装置的跨接。

林铭贤列表指出,目前所使用的高速数位接口接头,有HDMI v1.4、DisplayPort(DP v1.1)、大陆推广的DiiVA v1.1、第1代Thunderbolt(Light Peak)接头、DP v1.2以及第2代Thunderbolt接头。以目前1080p (1,920x1,080)、8/10/12位元原色、60fps,以及1080p 8位元、120fps环境下,所需位元元传输速率为4.46Gbps、5.57Gbps、6.68Gbps以及8.92Gbps,以上的数位接口接头皆可负荷这样的传输频宽;到1080p 10/12位元原色、120fps显示环境下传输速率为11.14~13.36Gbps,只有DiiVA v1.1以及DP v.12接口能支援;而新的DP v1.2最多只能上到4Kx2K、8位元原色、60fps的显示环境(17.82Gbps),Thunderbolt-2接头可上到4Kx2K、10位元原色、60fps的显示规格(22.28Gbps),到最高阶4Kx2K 12位元原色、60fps的显示规格,则需要30Ghz以上的SerDes串行/解串器技术,目前传威也正与某大厂进行开发。

HDMI+DP双数位接口的HDP Combo-PHY接头
针对目前在影音装置常见到的HDMI接口,以及PC显示装置常看到的DisplayPort接口的分野,美商传威(TranSwitch)特别也开发一种能将HDMI与DisplayPort接口融合在一起,使用1个PHY的Combo HDP转接接口技术。林铭贤表示,从讯号定义的差异上来看,HDMI收发端是Channel 0、Channel 1、Channel 2、Channel 3与Clock时脉讯号,而DP收发端是Lane 0、Lane1、Lane2、Lane3与Aux channel,资料与Clock讯号内嵌在同一个Lane里面。HDP Combo-PHY的技术在发送端以及接收端,针对讯号是HDMI或DP的讯号做侦测,再切换到对应的讯号输出。因此可以将HDMI输出讯号转成DP讯号接到DP的显示器,或者将DP的输出讯号转成HDMI讯号接到HDMI的显示器╱电视,在这两个数位接口之间达成无缝转接的效用。

林铭贤提出传威的HDP Combo-PHY方案,可让显示卡、行动装置厂商一开始设计就选择一个固定对外接头来广泛的支援HDMI与DP的显示装置,只要有讯号进来,HDP就会转换显示装置所需要的讯号传输出去;甚至于连接线的其中一端接上了DP to HDMP或HDMI to DP转接头,无论怎么混接搭接,一样可以被侦测并正确传送画面讯号。对显示装置的制造商而言,能支援越多种显示接口规格,就可以提升产品价值与售价。

目前风行的手持行动装置像iPad与iPhone,要外接大萤幕输出时,iPad本身使用2 Lanes DisplayPort接口,可做到1080p FullHD输出,iPhone则提供1 Lane DisplayPort接口,支援720p HD分辨率的萤幕输出讯号。但由于目前市面大多数液晶电视╱显示器仅支援HDMI,因此苹果针对iPad/iPhone推出原厂的Digital AV Adapter,也就是1个可插在其30pin专属接头,借由连接线接到另一端HDMI接头的DP转HDMI输出的配接器(Dongle),1个Dongle售价约39.99美元。林铭贤说,若采用传威的芯片解决方案,可以做成直接插iPad/iPhone的扩接底座(Direct Dock)、内建到显示器或液晶电视装置内直接连iPad/iPhone、做1个30pin母接头转miniDP埠的转接头或30pin母接头转一般DP埠的转接线。

4对1的任意转换搭接显示
除了实际转接Combo-PHY芯片之外,传威以超过12年的业界领先HSI IP电路设计开发经验,对业界提供智财电路IP的相关授权。目前全球有超过50用户使用TranSwitch的10/100Base-T、Gigabit Ethernet、HDMI、DisplayPort的PHY实体层智财电路IP,目前主要的客户有IBM、Intel、TI、Analog Devices、NXP、NEC、TSMC、创意电子,尤其HDMI v1.4、DisplayPort v1.1等HSI IP已获得台积电(TSMC)、联电(UMC)、中芯半导体(SMIC)等晶圆厂90/65奈米制程验证,在10/100Base-T、Gigabit Ethernet的PHY部份也通过上述晶圆厂成熟的180/130/65奈米制程验证,累积至今全球已有4,000万颗出货芯片使用。

林铭贤提到传威所开发的HDplay评估发展套件(Evaluative Development Kit;EDK),以324BGA封装的TXC-44143 HDplay IC芯片所开发;EDK设计了1组USB接口做输入控制,2组HDMI连接头与1组标准DP、1组mini DP埠输入接口,以及外接HDMI输出接口,可以做4对1的输出切换,同时连接HDMI接口的蓝光影碟机、投影机,搭30pin A/V转接头的苹果iPad/iPhone,接PC电脑显示卡的HDMI、DP埠接口,或笔电的mDP接口,转接器可以自动侦测任何HDMI或DP讯号来源,或经过用户的选择切换,把讯号输出到外接HDMI接口的电视机。他表示,借由HDP技术,传威已经可以做到最长45公尺24AWG HDMI的连接线,比标准15米的24AWG HDMI传输线还要优异。

林铭贤强调,更神奇的是在于连接线的其中一端,甚至两端已经有接上其他转接头的情况下,EDK上的讯号仍然被侦测并成功转换,例如把苹果30pin接口转HDMI端接上HDP排线,直接连接到EDK的DP埠也可以显示输出讯号,笔记型电脑的mDP接头透过DP连接线接上DP转HDMI接头后,接到EDK的HDMI接口也可以被侦测、输出讯号,连接方法可说是千变万化,令现场学员叹为观止。