发布日期：2024/11/26 DP接口
发布单位：iST宜特
随着电竞市场的蓬勃发展，对高性能显示技术的需求日益增强。DisplayPort（DP）以其卓越的通道传输能力，多显示器连结能力及多样性的周边扩展，成为市场上关键的视讯接口。
DP接口
电竞产业持续成长，根据德国Statista调研机构统计，2023年，当全球最受欢迎电竞游戏《英雄联盟》世界总决赛时，吸引了超过640万人次观看，远远超过当年NBA赛季的电视观众人数156万人。此外，根据NewZoo报告预测，2025年，全球电竞观众将高达640亿人，相当于全球每8人中就有观看电竞赛事。今年国际奥委员会也正式投票通过，宣布2025年将于沙特阿拉伯举办首届奥林匹克电竞运动会。这样的成长趋势无疑为电竞产业带来更多商机，也使得显示技术在高分辨率、多频道传输及多设备链接上的需求更加重要。
在全球多媒体技术高速发展的环境中，HDMI (High Definition Multimedia Interface, 高画质多媒体接口) 和DisplayPort (DP) 为两大主流的视讯接口。从2000年代起，两者在技术上各有其发展，分别以不同的产品类别在各自的领域中发光发热。
HDMI特点是可支持高画质音视频传输，支持4K、8K分辨率及HDR技术，并且可以同时传输音频和影像，大部分应用在多媒体系统，例如电视、AV扩大机、机顶盒和游戏主机等等领域，比较偏向于家电类产品的应用，普及率较高。
而DisplayPort特点是高刷新率、超高分辨率（理论值高达16K，但目前尚未有产品实际应用），并可同时连接多个显示器（需支持MST），适合需要高性能和高带宽的应用，常见于计算机显示器、专业工作站。近年来DP亦与USB Type-C的整合，在电竞产业市场以及兼容于USB Type-C的装置有强大的优势，亦可和USB (Universal Serial Bus, 通用串行总线) 与 Thunderbolt 等标准相结合。
本篇宜特小学堂将针对DisplayPort (DP)近期测试上最常遇到的客户难题，分享宜特讯号测试实验室的实际案例，为您的产品前进电竞市场、超高规专业图像处理等产业，提供第一手最实用测试信息。
DP接口
DP接口
一、DisplayPort究竟是什么?
DisplayPort (简称DP) 是由VESA ( Video Electronics Standards Association, 视讯电子标准协会) 管理的视讯接口标准。DisplayPort 是显示芯片/显示器行业开发的新一代影音传输接口，可以实现高显示性能、高稳定性和多功能性，可以在各装置间提供更好的使用者体验及操作。
从2006年第一个版本DP1.0开始，到2023年底最新推出的DP2.1a，DP已历经超过十次的修订。现行最普及的版本为DP1.4，在2016年推出后将Data Rate从原本DP 1.2最高支持5.4 Gbps推高到了8.1 Gbps，使其可以传输7680x4320p (8K) @ 30Hz的分辨率，再搭配DP 1.4的新功能DSC (Display Stream Compression, 影像压缩传输) 后可以轻松地透过单条cable传输7680x4320p @60Hz的分辨率。同时也导入了HDR (High Dynamic Range，高动态范围) 以及Adaptive Sync（同步自动适应），让整体的视觉体验更上了一层楼。
近期推出的DP 2.1可说是DP里程碑上的大跃进，先从Link Rate来看，从原本的8.1 Gbps直接跃进到了最高可支持20 Gbps；编码也从原本的8b/10b新增支持128b/132b，使其能更有效率的使用通道；当然在DP 2.1也支持DSC的功能，让分辨率也可以轻松地上到3840x2160p (4K) @ 240Hz或者是10240×4320 (10K) @ 60Hz (未来规划可支持到16K的分辨率，目前暂时还没有看到产品实现)。
表1：DP2.1和1.4版本所支持的Link Rate，DP2.1也向下支持1.4的Link Rate。UHBR: Ultra High Bit Rate; HBR: High Bit Rate; RBR: Reduced Bit Rate.(数据来源: Displayport官网；iST制表)
图1: 各分辨率尺寸比较示意图。分辨率与带宽的关系，概念上有如灌溉耕地时渠道的大小以及灌溉的面积；当需要灌溉更大面积的耕地时，就需要更大更宽的渠道来进行水的供给。
(图片来源：iST)为因应更高速率的传输，VESA也已推出新的传输线 (Cable) 以及Enhanced DP Connector规范，不过现行某些新规格的传输线长度仍较短，较不方便使用，为了解决这个问题，VESA正积极解决Cable长度的问题，相信不久后就可以看到相关的产品在市面上流通，让整体的体验更为顺畅与方便。不过笔者认为虽然目前有些规格的传输线较短，但实际应该可以应用在迷你计算机主机(例如Intel的NUC迷你计算机) 挂在屏幕后面时使用，这样子理线就会更为方便。
图2：VESA推出的新传输线DP80 Type C to Enhanced DP Cable（最高支持到UHBR20），因传输线长度较短，使用上较不方便。另外，也因为传输线一端是DP接头，另一端为 Type-C 接头，在使用时只有单纯DP的功能使用，无法像双端都是Type C接口的线材，可同时具备传输 USB 数据以及提供电力的能力，使用时要稍稍留意。(图片来源：iST)
更多的DP2.1特点，可参考VESA网站介绍。
图3：DP2.X经历过了2.0, 2.1, 2.1a，由于2.0与2.1发布至今已经过了较久的时间，目前大家所讨论的以DP2.1a 标准为主。图表灰色部分表示是版本过渡期；绿色部分为现行还有在执行认证使用的标准；橘色表示发展中(DP2.1的认证也已经开始)。(数据来源: Displayport官网；iST制图))
二、DisplayPort的特点，多屏幕工作的最佳选择
DP的优点除了上述提到的具备超高刷新率、超高分辨率，可提供观影者更滑顺流畅的画面之外，还有以下几个特点：
（一）支持性与扩充性
DP的装置可以透过各类型的转接头（Adapter）来连结HDMI、DVI (Digital Visual Interface, 数字视频界面)、VGA (Video Graphics Array, 视频图形数组)等传统影像接口；在加入Type－C大家庭后，也可以简单地透过一条Type C cable进行影像、数据以及电力的传输；如果再搭配上Type-C的扩充基座 ( Docking Station)，就可以实现更多扩展的功能，可连接多种显示接口，例如DP、HDMI、Type C；又或是以太网 (Ethernet)、USB、SD Card数据传输接口和耳机插孔、光纤音效传输接口等等，工作者只需要带着笔记本电脑搭配扩充基座 ( Docking Station)透过一条Type C传输线和两个以上的扩充基座 ( Docking Station)，就可以在多地点与多种装置进行连接。
（二）多屏幕工作提升效率与娱乐体验
如果工作上有多任务的需求，DP还支持了MST ( Multi Stream Transport, 多串流传输) 的功能，让您只需透过简单的接线，即可同时在多个屏幕上工作。以笔者的工作习惯来说，使用MST搭载三台屏幕，同时可以浏览四到六个文件档案，让整体工作效率提升。并在需要时，只需拔除Type -C传输线就可以将笔记本电脑带着走；又或是影像工作者，同时可以用直幅或横幅来依照需求串接屏幕进行照片的编修；影音数据相关的工作者，也可以同时编辑浏览影片，同时跟伙伴开会讨论，并进行网页文件阅读等等。当然用在休闲娱乐也是很方便的。
比较HDMI和DP多屏幕的连接方式 (图4和图5)。使用 HDMI 连接多屏幕时，每个外接屏幕需要对应的 HDMI 插槽。然而，大多数笔电的 HDMI 插槽有限，因此难以扩展；而 DP 则能利用串接技术，将多个屏幕串连起来，从而扩展出更多外接屏幕。
图4：HDMI多屏幕工作图标。(图片来源：iST)
图5: DP多屏幕工作图标。(图片来源：iST)
图6：MST与扩充基座 ( Docking Station) 多屏幕实际使用情境，笔电可轻松串接三台屏幕以及周边装置。(图片来源：iST)
（三）以前从来没有想到的事情－笔电竟透过屏幕来供电？！
笔者拥有一台有Type-C Port并支持DP ALT MODE的屏幕，该屏幕支持USB PD (Power Delivery) 100W，也拥有一台微型计算机可透过Type-C Port来供电，这样的组合配置下，仅需透过一条Type-C传输线就可以让微型计算机靠着屏幕进行供电，并可同时传输画面，USB装置也可以透过屏幕的USB 集线器来与微型计算机连接，这是以前从来没有办法想象的事情。
（四）先进应用的适应性
VR/AR设备需要高带宽来传输高画质的视讯，实现沉浸式的用户体验。DP在这方面的性能成为这些设备的理想选择。早期的AR、VR显示器必须透过各家特殊或是其他种类的传输线进行装置的连接，在DP导入Type-C后，已经可以透过一条Type-C线进行数据、影像和电力的传输。也因为导入Type-C的关系，可更容易与一些随身行动装置间连接使用，例如手机、掌上型游乐器。
三、宜特DP测试案例分享
宜特讯号测试实验室，从产品除错、测试到取得认证，严谨的对待每一个送测样品。亦提供客户多样化的量测数据，以评估产品对于规范的完成度，包含了PHY (电气特性)、Link (沟通协议)、EDID (Extended Display Identification Data，显示规范确认) 以及IOP (互操做性) 的多样化测试，也有专业的兼容性部门提供客制化的测试服务内容。
以下宜特讯号测试实验室将分享常见案例，让您对DP测试有更多的了解。
（一）案例一：快速解决产品测试初期常见问题，避免客户时间浪费
在案件初期，可藉由客户提供的芯片供货商信息来判断无法执行的现象并确认流程，以下为常见情况。
- 芯片 A：若进入省电模式 (Power Saving Mode) 后会无法回报错误位(Error Bit)，这时可以先从系统屏幕显示选单 (OSD) 进行关闭省电模式，或是透过其他方式使其不会进入省电模式。
- 芯片 B：如果韧体 (Firmware) 没有进行固定端口 (Fixed Port) 在执行测试上就会导致讯号无法锁定 (Lock)，可以先从设定上尝试进行Fixed Port看现象有没有改善。
- 芯片 C：测试需特定模式，需确认待测物是否已切换至适合模式。
排除这些问题后，才会进一步检查是否为韧体设定或其他问题。这些在产品送测初期容易遇到的状况，在我们经验的加持下，可避免进案后因工程师不了解产品的特性，而浪费掉客户宝贵的时间，也可以随时与实验室的工程师联机沟通，迅速的厘清问题。
（二）案例二：使用第三方工具进行除错，提供客户数据分析支持
当DP产品在进行测试中遇到问题，我们也可以协助透过第三方的工具，例如：PD Sniffer或是AUX Monitor (Auxiliary Monitor，輔助訊號監控器) 来提供资料让客户进行分析，对于一些可以由宜特判断的问题，也可以给予客户一些建议或方向。
图7. 利用AUX Monitor来进行AUX log的录制与问题的分析，确认Link Training状况以及DPCD (DisplayPort Configuration Data) States。(图片来源：iST)
图8. 利用PD Sniffer来录制Log与问题分析，确认测试是否正常进入DP ALT MODE。
(图片来源：iST)（三）案例三：确保DP系统稳定运作，AUX Channel的讯号分析与故障排查
在DP测试中，AUX Channel 作为 Source 与 Sink 之间的重要沟通桥梁。以下案例展示如何透过示波器量测，进行AUX Channel电气讯号的分析。
图9a中AUX-端(蓝色)的讯号因为不正常配置，导致整个信道异常无法正确传输讯号，透过Single-end的探棒来进行讯号的分析量测。
图9a. 使用示波器来进行DP AUX Channel的问题确认，示波器CH3的讯号明显失真(见蓝色波型)。(图片来源：iST)
图9b则是配置上AUX Channel的正负端，应该要为一个相位相反振幅大小相同的讯号（图9c），一样在Single-end的检查下发现，因为设定错误变成了两个相位相同的讯号。如此一来，在经过Differential的处理后振幅会变成非常的小，进而导致连接的装置辨识失败。而正常的AUX Channel讯号在经过Differential处理后的样子，请见图示 ( 图9d）。
图9b. 使用示波器来进行DP AUX Channel的问题确认，AUX Channel的正负端相位相同。(图片来源：iST)
图9c. 这张图为AUX Channel正常工作的波形，正常的AUX Channel正负端讯号应该为振幅大小相同，相位相反的讯号。(图片来源：iST)
图9d. 正常的AUX Channel讯号在经过Differential处理后的样子。(图片来源：iST)
当Source 的AUX_CH DC Level配置错误时，由于AUX Detect机制可能造成无法与AUX Controller沟通而导致无法测试（图9e）
图9e.当Source 的AUX_CH DC Level配置错误时出现的警示对话框。此案例中AUX+-的电压均为3V，正常为0.3V与3V。我们也透过AUX Monitor来观察现象，只看到Reference Sink进行了HPD的动作后TX就没反应了。(图片来源：iST)
当DP的AUX Channel无法正确的传输讯号时，将有可能造成DP的Link Training失败而导致无法挥发完整的功能。DP AUX Channel的传输速度虽然不快，但在整个DP里占有相当重要的角色，扮演装置间联机沟通的桥梁，让Source与Sink连接时能透过AUX Channel来进行讯息的交换，在完成Link Training后才能开始进行影像声音的传输。可以从下方图10来看DP的主要通道组成。
图10. DP通道的主要组成，由一组4 CH高速的Main Link，讯号传输方向是由DP TX传向DP RX，加上一对AUX_CH，是一个双向半双工的通道，以及一个HPD (Hot Plug Detect)通道由DP RX发起HPD或是HPD_IRQ(Interrupt Request)。(图片来源：DisplayPort官网；iST制图))
若进行PHY量测时异常中断，可使用示波器来进行波形确认（图11）。
图11. PHY量测时异常中断，使用示波器来进行波形确认；发现待测物在固定周期发生讯号异常。(图片来源：iST)
宜特身为VESA合格授权的实验室，除了为各位继续分享最新规范之外，在产品不断推陈出新的世代，除了标准的认证测试外，我们积累丰富的经验，亦能根据客户提供的方块图或相关资料进行评估，并推荐适合的测试内容。如果是非标准产品，我们也可以与工程团队讨论想要进行的测试，并评估其可行性，确保客户在测试过程中获得最佳的协助和满意的结果。
如果有DisplayPort认证上相关的问题，欢迎来信或来电到宜特讯号测试实验室 +886-2-2792-2890分机2738 柯先生(Chris) │Email: web_si@istgroup.com；mailto:marketing_tw@istgroup.com