数字信号网线传输中的问题分析

2011-11-04  InfoAV China  
简述:刘力:高级工程师;毕业于清华大学无线电系,后进入中国科学院自动化研究所工作;曾参加国家重点科技项目的研发,现任北京利国电子公司总经理。联系作者:liguo@liguo.com.c...……

刘力:高级工程师;毕业于清华大学无线电系,后进入中国科学院自动化研究所工作;曾参加国家重点科技项目的研发,现任北京利国电子公司总经理。联系作者:liguo@liguo.com.cn

    当前,数字信号(DVI信号和HDMI信号)应用日趋成熟,在传输方式上,有利用电缆(DVI电缆和HDMI电缆)传输的,也有利用网线(Cat5e和Cat6)传输,再就是利用光纤传输,一般针对不同的传输距离会选择不同的传输方式,但在实际应用中,每种传输方式都有其各自的特点及缺陷。同时,不知大家注意到了没有,在应用中电磁干扰问题也日渐突出,尤其是针对网线传输,本文就实际应用的产品在不同情况下的表现进行一些分析。

    一般而言,DVI和HDMI信号利用电缆线传输是最基本也是应用最多的一种方式,在以前的文章中分析过,电缆线的传输距离有限并且传输距离和线缆的质量关系极大。厂家要降低成本,因此在选用线材时往往不会按照要求选配线材(如例用28或30甚至32AWG的线材,替代26AWG线材,在接头镀金时,未按照30μ的标准镀,甚至只镀3-5μ的厚度,这使得接触损耗大增),某现场应用中,用我公司带去的电缆和转换接头时图像正常,但用现场的电缆或是转接头时都出现错点。因此在使用时,未必能按照标准距离(DVI1,600×1,200按7米、1,280×1,024按10米、1,024×768按13米、HDMI1080p按15米、1080i按25米左右)进行设计,一定要留有余量。我们专门研究过DVI电缆,其内部采用的双屏蔽方式,应该对电磁干扰有较好的效果,但当DVI电缆较长时(如大于15米),手机等电磁干扰也能表现出来。

    因为,DVI和HDMI信号的频率在1G左右范围内,而我们手机的频率也在1G左右,因此手机对数字信号传输产生的干扰就不能忽视,在实际应用中,一般的工程人员对这种现象见到不多,一旦出现往往无法下手解决。其实要解决这类问题最根本的办法是选择好传输方式。本文主要针对Cat5e和Cat6传输数字信号时抗干扰的情况进行分析,同时也对其他一些现象进行一些分析和解释。

    当前的数字信号网线传输都是利用专门的芯片将DVI信号(HDMI信号)进行均衡驱动,并作一些处理将其通过网线进行传输,以DVI信号为例一般用一条网线(四芯)传输,而HDMI信号有利用双网线(八芯)传输的,也有利用单网线(四芯)传输的,但其基本原理都一样,一般设备都会强调可利用网线传输多远,据称目前在1080p的情况下一般可达60米,但工程设计人员应该明白,这个数据有较大的水分,并且除了距离外,在传输中还有其他许多情况会出现。

    原则上讲,数字信号在传输中,是按照高、低电平(0到1)传输的,只要在接收端对0和1的判断没有出错,信号就算完整地传输过去了,而造成0、1出错的可能性有几种,一是信号传输损耗过大,造成上升下降沿倾斜过大,在判别时无法正确判出。由于数字信号频率较高,因此无法单就某一波形进行分析,而是利用许多波形重迭在一起观察其统计学上的情况,如果传输过程中损失小(如左右的抖动及电平的波动)那么重迭的波形形成的图像的中间位置较大并干净(如下图中灰色的菱形部分)。

    这一部分称之为“眼”,重迭图也称为“眼图”,因为设备是要利用时钟“敲”出波形中的数据(是0或1 ),如果“眼”太小,即波形进入了“眼”内,“敲”的时候往往“敲”到上升或下降沿,该数据到底是0还是1就有可能出错,如出错数据也就出错了。因此DVI与HDMI设备测试中对“眼图”有指标上的要求。实际应用中数字信号传输往往不可能一个错都不出,因此有个“误码率”的概念,即出现误码的多少。如果误码出现在图像信号上,而且是在高Bit位上,在图像上就有可能看到一个闪烁的错点,如果在低Bit位上,人眼就不一定能看到,同时由于人眼对速度的反应有限,如果只出现在某一位置上一两次(每秒)的错点,人眼也不易分辨出,只有较有规律地出现在同一位置附近,人眼才能看到。根据我们的经验,误码率在几十的时候,人眼很难看到,在几百时较容易看到,在几千时基本上都能看到,这是误码产生在图像上的情况。如果误码发生在同步数据上时问题就较明显,由于影响到了新的时序系统,因此图像会出现跳动,即短时“失步”图像会闪烁一下,有时甚至会黑屏,过几秒钟再显示出来。如果误码发生在EDID等“握手”信号上时,会造成通讯错误,也会造成黑屏。

    另一种错误在强干扰,如果有强干扰出现,造成收端在判断0或1时,判到了干扰点上,那就直接造成0和1的错误,而且这种错误往往一出就是一段时间,出现量较大,会明显干扰到数据,出现一定面积的错点或是黑屏,虽然DVI电缆和网线都有屏蔽层(DVI电缆还是双屏蔽的),但手机等干扰还是会耦合进去造成干扰,尤其是利用网线接头部分耦合。下面的报告是我们检测人员检测市面上的某款DVI网线传输产品时的报告,大家可以看到,针对不同的信号源(PS3和PC机,不同PC机中显卡不同现象也会不同),不同的接收器(如海信和三星的液晶电视,戴尔的液晶显示器),不同的线材Cat5e和Cat6不同的距离(20-60米),该设备在不同分辨率下的表现各不相同。



    总结:

    1、短线、长线性能都不好。(35~45米之间性能比长的、短的都好)

    2、不屏蔽的网线比屏蔽网线性能好,非常不符合逻辑。

    3、Cat6比Cat5性能好,稳定性也好。

    4、受干扰程度因手机的不同而不同,基本上都有干扰。

    5、性能和设备说明书描述不一致(说明书中说1080p能到60米,实际60米性能只到1,024×768@60)。

    6、整机设备温度:50℃左右

    以上分析大致可得到下述结论:

    1、不同长度的网线的电磁干扰情况不同。一般情况下,网线越长干扰越大,而且和手机的型号也有关系,分析认为,应该是发射功率不同,有时距线缆一米以上时都会出现干扰。

    2、不同的显示设备对信号的要求也不同,有些监视器可能很糟,有些又可以使用,就像不同的品牌兼容性不同一样,估计是显示器内部的均衡电路不同。

    3、一般规律,距离长分辨率高,信号质量和抗干扰性就差。一般的设备中,会含有均衡电路,但由于无法预知线缆长度,因此均衡值无法调节,只能给出一个固定的均衡值,因此会出现可能短距离时信号好、长距离时效果不好的现象,因此其均衡值只对某一区间的长度有较好的效果。不要相信产品宣传,其标称的距离等数据可信程度差。

    我们看过许多品牌的同类产品,情况大体相同,应该是共性特点。由于利用网线传输信号有上述若干不确定性,因此在工程中不建议在设计中使用网线传输方式。因为能达到的传输距离不是很远,而且现场无法控制别人使用手机,并且除手机外,日光灯(尤其是电子节能灯)等干扰也存在,对现场的信号源,显示器也无法事先确认。北京利国公司几年前曾大量生产DVI的网线传输产品并出口,后来由于上述问题无法解决,现在基本放弃网线传输方案,而力推光纤传输方案了。


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