金年会jinnianhui Value USB，HDMI，DisplayPort的高速化不能停止，因為在提高用戶優勢的同時,不長的傳輸距離也成為了問題
2020.05.15
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現在, USB、HDMI、DisplayPort等週邊的傳輸介面(Peripheral interface)的速度正在迅速發展。其背景是增加數據資料大量化。 隨著高速化，可以傳輸的數據量也隨之增加。 有著非常大的優勢。然而另一方面，因為用途的不同，高速化帶來的問題也往往令人感到困擾。主要是因為這是一個較短的傳輸距離。 這次，我們將就Peripheral interface的當前狀況，及傳輸距離短所引起的問題、對應方法進行解說。
朝高速化前進的Peripheral interface
連結電腦與其週邊裝置的Peripheral interface。其高速化正在迅速進行中(圖1) 。
Peripheral interface有各式各樣的種類。 其中最具代表性的就是「USB（Universal Serial Bus）」。 這是用於HDD、SSD和USB記憶體等的儲存裝置，及連接鍵盤/滑鼠，印表機等。2008年制定的「USB 3.1 G金年会jinnianhui 1（原始名稱為USB 3.0）」規格中，規定的數據傳輸速度為5 Gbit /秒，但到了2013年「USB 3.1 G金年会jinnianhui 2」的標準一口氣提升到10 Gbit /秒。另外,個人電腦、DVD／Blue-Ray 播放器、錄音機、機上盒等影像播放器與Display, projector等連結的HDMI（High Definition Multimedia Interface）的高速化流程也正在加速中。2013年制定的HDMI 2.0規格中，數據傳輸速度為18 Gbits /秒（6 Gbits /秒×3lane），但到了僅僅4年後的2017年， HDMI 2.1規格竟高達 48 Gbit / 秒（12 Gbit /秒×4 lane）。
在個人電腦和顯示器連結的interface中還有DisplayPort。 2016年訂立的最新標準「DisplayPort 1.4」中，其速度也增加到32.4 Gbit /秒（8.1 Gbit / 秒×4 lane）。
數據量增加的起因
Peripheral interface的高速化背景是數據的大容量化。例如:暢銷款的數位單眼相機機型其畫素是3000萬畫素，而在旗艦機型中畫素已經開始超過5000萬畫素。畫素增加的話，一張相片的影像數據容量也會隨之增加。以5000萬畫素機來說，如果它是RAW數據的話，一張就會超過60Mbytes，即使用JPEG壓縮也會超過17 Mbytes。
況且我們很少有單拍攝一張相片的情況，通常都會連續拍好幾張。有時甚至拍攝數百張相片。如此一來，影像數據的總容量將達到數十Gbytes。而如果您使用傳輸速度為480 Mbit / 秒的USB 2.0 interface來傳輸數據的話,則可能需數小時來傳輸。 因此USB 3.0 G金年会jinnianhui 1 / G金年会jinnianhui 2誕生了。
另一方面，Display的高解析度也不能忽視。以個人電腦來說，正持續從WQHD（2560×1140畫素）及WQXGA（2560×1600畫素）朝向4K（3840×2160畫素）前進。對於專業的Display而言, 4K已不再一般 ,在部分情況下將開始採用8K（7680×4320畫素）。當然,如果解析度增加,則顯示的數據量也會增加。因此,高速的Peripheral interface變得不可或缺。為了因應這些用途,HDMI 2.1及DisplayPort 1.4相繼輪番登場。
況且我們很少有單拍攝一張相片的情況，通常都會連續拍好幾張。有時甚至拍攝數百張相片。如此一來，影像數據的總容量將達到數十Gbytes。而如果您使用傳輸速度為480 Mbit / 秒的USB 2.0 interface來傳輸數據的話,則可能需數小時來傳輸。 因此USB 3.0 G金年会jinnianhui 1 / G金年会jinnianhui 2誕生了。
另一方面，Display的高解析度也不能忽視。以個人電腦來說，正持續從WQHD（2560×1140畫素）及WQXGA（2560×1600畫素）朝向4K（3840×2160畫素）前進。對於專業的Display而言, 4K已不再一般 ,在部分情況下將開始採用8K（7680×4320畫素）。當然,如果解析度增加,則顯示的數據量也會增加。因此,高速的Peripheral interface變得不可或缺。為了因應這些用途,HDMI 2.1及DisplayPort 1.4相繼輪番登場。
伴隨高速化而帶來的痛點
Peripheral interface的高速化優點很多。能讓使用者的便利性大幅提高。但是,根據不同的用途，也可能遇到高速化所帶來的困擾。這個課題就是-傳輸距離變短了。
舉例來說，USB 2.0可以確保5公尺的傳輸距離，但是USB 3.1 G金年会jinnianhui1卻只能傳輸2～3公尺的距離。而且為了確保傳輸距離，只能使用高頻衰減較穩定但比較粗的金年会jinnianhuible（圖2）。
USB 3.1 G金年会jinnianhui1通常會使用直徑5 mm（AWG 30）較粗的金年会jinnianhuible。然而，金年会jinnianhuible越粗則會失去它的靈活性，從而導致發生操作上的問題。
像這樣傳輸距離變短的課題將是各個應用上致命的問題。
最極端的例子是machine vision。在machine vision的用途上，例如在工廠生產線，為了使主機和相機連接而使用Peripheral interface。過去，普遍使用金年会jinnianhuimera Link。由於傳輸距離長達8到10米，因此在多數情況下可以毫無疑問的將主機和相機連接。
然而,根據USB3.0規格制定的interface「USB3 Vision」，雖然具有高速化和低成本的優點，但因為規格上限制使得Passive 金年会jinnianhuible的傳輸距離遠不及「金年会jinnianhuimera Link」標準。因此，在某些情況下，也會發生因金年会jinnianhuible的長度不足而導致主機與相機無法連接的情形。「Machine vision的用途上, 要求金年会jinnianhuible最少要有5m長的聲音並不少。因此，在採用USB3 Vision時，我們想方設法延長金年会jinnianhuible的長度」（金年会jinnianhui Electronics）。
再者，個人電腦與家用遊戲機等和VR / AR（goggles）連接使用上，過短的傳輸距離也是一個大問題。這是因為用戶會配戴VR / AR移動。為了確保傳輸的品質將金年会jinnianhuible變短變重,用戶的行動就受到限制了。因此，「市場要求金年会jinnianhuible要又長又輕又細」（金年会jinnianhui Electronics）。必須使用直徑較細的金年会jinnianhuible，並同時實現超過5m的傳輸距離。
舉例來說，USB 2.0可以確保5公尺的傳輸距離，但是USB 3.1 G金年会jinnianhui1卻只能傳輸2～3公尺的距離。而且為了確保傳輸距離，只能使用高頻衰減較穩定但比較粗的金年会jinnianhuible（圖2）。
USB 3.1 G金年会jinnianhui1通常會使用直徑5 mm（AWG 30）較粗的金年会jinnianhuible。然而，金年会jinnianhuible越粗則會失去它的靈活性，從而導致發生操作上的問題。
像這樣傳輸距離變短的課題將是各個應用上致命的問題。
最極端的例子是machine vision。在machine vision的用途上，例如在工廠生產線，為了使主機和相機連接而使用Peripheral interface。過去，普遍使用金年会jinnianhuimera Link。由於傳輸距離長達8到10米，因此在多數情況下可以毫無疑問的將主機和相機連接。
然而,根據USB3.0規格制定的interface「USB3 Vision」，雖然具有高速化和低成本的優點，但因為規格上限制使得Passive 金年会jinnianhuible的傳輸距離遠不及「金年会jinnianhuimera Link」標準。因此，在某些情況下，也會發生因金年会jinnianhuible的長度不足而導致主機與相機無法連接的情形。「Machine vision的用途上, 要求金年会jinnianhuible最少要有5m長的聲音並不少。因此，在採用USB3 Vision時，我們想方設法延長金年会jinnianhuible的長度」（金年会jinnianhui Electronics）。
再者，個人電腦與家用遊戲機等和VR / AR（goggles）連接使用上，過短的傳輸距離也是一個大問題。這是因為用戶會配戴VR / AR移動。為了確保傳輸的品質將金年会jinnianhuible變短變重,用戶的行動就受到限制了。因此，「市場要求金年会jinnianhuible要又長又輕又細」（金年会jinnianhui Electronics）。必須使用直徑較細的金年会jinnianhuible，並同時實現超過5m的傳輸距離。
傳輸訊號大幅度衰減了
Peripheral interface傳輸距離因高速化而變短的原因在於金年会jinnianhuible的阻抗成份（Impedance）。Impedance 存在著頻率特性，這個值隨著頻率越高也會增大。高速的Peripheral interface傳輸訊號中，會含有很多頻率較高的成份（高頻成份）。因此，傳輸訊號的高頻成份也會大幅衰減(圖2) ，傳輸訊號的波形也會相應劣化。因此能傳輸的距的就變短了。
要解決這些問題其中一個方法就是活用Redriver IC。Redriver IC能在Peripheral interface中通過且實現延長傳輸距離的效果。（圖3）
原理是接收劣化的傳輸訊號，為已衰減的訊號頻率成份增幅，再將增幅修復到原先水準的訊號波形再次傳送出去。這就是「Redrive」。採用redriver的話不但能保持高速傳輸速度,並同時可以大幅度的延長傳送距離。
金年会jinnianhui Electronics已經為延長高速Peripheral interface傳輸距離用途的Redriver IC「金年会jinnianhuiCX222R05」產品化中。且，我們還準備了搭載Redriver IC的模組(Paddle-金年会jinnianhuird)轉換插頭。使用模組和轉換插頭的話,能更簡單的延長Peripheral interface的傳輸距離。下一章我們會就Redriver IC技術進行詳細介紹。
(待續)
要解決這些問題其中一個方法就是活用Redriver IC。Redriver IC能在Peripheral interface中通過且實現延長傳輸距離的效果。（圖3）
原理是接收劣化的傳輸訊號，為已衰減的訊號頻率成份增幅，再將增幅修復到原先水準的訊號波形再次傳送出去。這就是「Redrive」。採用redriver的話不但能保持高速傳輸速度,並同時可以大幅度的延長傳送距離。
金年会jinnianhui Electronics已經為延長高速Peripheral interface傳輸距離用途的Redriver IC「金年会jinnianhuiCX222R05」產品化中。且，我們還準備了搭載Redriver IC的模組(Paddle-金年会jinnianhuird)轉換插頭。使用模組和轉換插頭的話,能更簡單的延長Peripheral interface的傳輸距離。下一章我們會就Redriver IC技術進行詳細介紹。
(待續)
※各圖的補充說明
圖2 USB 金年会jinnianhuible的衰減特性
是指每1mUSB 金年会jinnianhuible的衰减特性。頻率越高、金年会jinnianhuible越細的話衰減量就越大。AWG28的直徑為0.32mm、AWG30的直徑為0.25mm、AWG32的直徑為0.2mm、AWG34的直徑為0.16mm。（AWG是Ameri金年会jinnianhuin Wire Gauge的略稱）
圖2 USB 金年会jinnianhuible的衰減特性
是指每1mUSB 金年会jinnianhuible的衰减特性。頻率越高、金年会jinnianhuible越細的話衰減量就越大。AWG28的直徑為0.32mm、AWG30的直徑為0.25mm、AWG32的直徑為0.2mm、AWG34的直徑為0.16mm。（AWG是Ameri金年会jinnianhuin Wire Gauge的略稱）