【原】市場常用線纜接口知識科普

目前市場的線纜產品主要分為兩大類，一種走電源訊號為主的POWER CABLE ASSEMBLY，主要指機柜內配的一些電子線、多芯線、排線和電源控制線等，還有一種就是我們所說的3C數碼周邊的線纜產品，比如VGA，HDMI，USB等等系列產品，今天我們針對目前接觸的主流3C產品接口進行逐一科普分享。

POWER CABLE ASSEMBLY，主要指機柜內配的一些電子線、多芯線、排線和電源控制線等。

"3C產品"，廣義的講就是計算機(Computer)、通信(Communication)和消費類電子產品(ConsumerElectronics)，目前我們有接觸到的接口標準主要有如下：VGA；DVI；HDMI；Displayport；USB；Thunderbolt；LAN。

簡介：VGA（Video Graphics Array）是IBM于1987年提出的一個使用模擬信號的電腦顯示標準，VGA最早指的是顯示器640X480這種顯示模式，VGA的英文全稱是Video Graphic Array，也叫顯示繪圖陣列。　　  

VGA技術的應用主要基于VGA顯示卡的計算機、筆記本等設備，而在一些既要求顯示彩色高分辨率圖像又沒有必要使用計算機的設備上，VGA技術的應用卻很少見到。本文對嵌入式VGA顯示的實現方法進行了研究。　　

基于這種設計方法的嵌入式VGA顯示系統，可以在不使用VGA顯示卡和計算機的情況下，實現VGA圖像的顯示和控制。系統具有成本低、結構簡單、應用靈活的優點，可廣泛應用于超市、車站、飛機場等公共場所的廣告宣傳和提示信息顯示，也可應用于工廠車間生產過程中的操作信息顯示，還能以多媒體形式應用于日常生活。

接口定義:VGA，Video Graphics Array，/D-Sub接口;VGA接口是一種D型接口,采用非對稱分布的15pin 連接方式，共有15針，分成3排，每排5個孔。　　VGA接口共有15針，分成3排，每排5個孔，是顯卡上應用最為廣泛的接口類型，絕大多數顯卡都帶有此種接口。它傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號(水平和垂直信號)。 

VGA顯示模式:VGA最早指的是顯示器640X480這種顯示模式，VGA的英文全稱是Video Graphic Array，也叫顯示繪圖陣列。VGA支持在640X480的較高分辨率下同時顯示16種色彩或256種灰度，同時在320X240分辨率下可以同時顯示256種顏色。　

在VGA基礎上加以擴充，使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，這些擴充的模式就稱之為VESA(Video Electronics Standards Association，視頻電子標準協會)的Super VGA模式，簡稱SVGA，現在的顯卡和顯示器都支持SVGA模式VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號的接口，也叫D-Sub接口，傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號(水平和垂直信號)。

VGA數據線是用來連接電視的VGA接口和顯卡的VGA接口的特殊線纜。 

VGA數據線是用來連接VGA接口設備的線纜，長度有1.5米，3米，到100多米不等，因為它所采用的線材比較粗象電纜一樣因此幾十米上百米也不會出現明顯的信號減退現象，不過相對于HDMI線就沒那么清晰。

簡介：DVI（Digital Visual Interface），即數字視頻接口。它是1999年由Intel（英特爾）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成DDWG（Digital Display Working Group，數字顯示工作組）推出的接口標準。

DVI是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10bit數據(包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等)，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。TMDS技術的連接傳輸結構如圖1所示。數字視頻接口（DVI）是一種國際開放的接口標準，在PC、DVD、高清晰電視（HDTV）、高清晰投影儀等設備上有廣泛的應用。

DVI一共分為5種標準，其中DVI-D和DVI-I分為“雙通道”和“單通道”兩種類型，我們平時見到的都是單通道版的，雙通道版的成本很高，因此只有部分專業設備才具備，普通消費者很難見到。

兩種DVI接口在傳輸數字信號時又分為單連接(Single Link)和雙連接(Dual Link)兩種方式。18針屬于單連接DVI，傳輸速率只有24針的一半，為165MHz/s。在畫面顯示上，單連接的DVI的刷新率只有雙連接的一半左右。一般來講，單連接的DVI接口，最大的刷新率只能支持到1920*1080*60hz或1600*1200*60hz，即20寸到23寸的寬屏顯示器可以正常顯示。如果使用大屏幕液晶顯示器，分辨率高于1920*1080，刷新率高于60hz的的話，24針的雙連接DVI是必須具備的條件，否則會造成顯示效果變差。

DVI、HDMI接口的區別與應用

DVI指數字視頻接口，HDMI是高分辨率多媒體接口，DVI只支持視頻信號，HDMI還支持音頻信號。DVI/HDMI實際上是實現并串/串并轉換，在發送端把并行的音視頻信號轉換成串行的TMDS信號，在接收端再把TMDS信號還原成音視頻信號，這里的音視頻信號是指未經壓縮的原始信號。　　

目前連接到顯示器的有幾種方式，TTL、LVDS和DVI/HDMI。TTL是并行接口，關于使用并行接口的問題前面已經談到，所以這種接口基本上只能在一些小尺寸的顯示器上看到。LVDS采用差分的串行方式，缺點是支持的速率不夠高，只能達到230MB/s左右，即SXGA的分辨率。另外LVDS也無法提供內容保護的機制，所以和TTL接口類似，LVDS主要應用在一些中小尺寸的顯示器上。　　

DVI / HDMI可以支持到UXGA的分辨率，已經超過了高清電視需要的分辨率。DVI可以通過HDCP提供內容保護的功能，而HDMI本身就含有HDCP的內核。基于這兩個因素，帶HDCP的DVI或HDMI已被美國FCC強制規定必須加在與高清電視有關的電子產品上，例如高清電視機、有線機頂盒、DVD播放機等，歐洲、日本和韓國很快也會有類似的要求，我國可能會先將DVI接口作為一個可選項，之后再過渡為一個事實上的標準接口。HDCP的費用為15,000美元的年金，每組秘鑰根據每單定貨量的不同在0.5-10美分之間。

DVI / HDMI是點對點的連接，不能實現聯網功能。在一臺設備上如果需要接入多個其它設備，可以使用開關或分配器。DVI/HDMI的應用范圍比較單一，只能用在與顯示器有關的產品上，所以在數字家庭網絡中屬于終端接口，是數字家庭網絡一個有機的組成部分。

時隔四年，2017-01-10日，8K 48Gb傳輸 HDMI2.1標準正式公布

HDMI，高清晰度多媒體接口（英文：High Definition Multimedia Interface）是一種全數位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號。HDMI可用于機頂盒、DVD播放機、個人電腦、電視游樂器、綜合擴大機、數位音影與電視機。HDMI可以同時傳送音頻和影音信號，由于音頻和視頻信號采用同一條電纜，大大簡化了系統的安裝。接口定義有：TYPE A.B.C.D.E。目前的市場產品主要有1.3版（1080p），1.4版（1080p，可用于3D） 2.0版（4K,60hz），2.1版（8K。60Hz）；為家電行業聯合成立，有版權費，產品需要經過協會認證，主要在電腦，顯示器，電視，投影等

目前最新版本的HDMI 2.1 版本支持更高的帶寬（對于 HDMI 2.1 最高為（不一定為）48 Gb / s，而 HDMI 2.0 為 18 Gb / s），可支持高達8K 60和 4K 120的信號。它使用一種稱為 FRL（固定速率鏈路）的新信令系統來實現更高的帶寬，借助無損壓縮（DSC），HDMI 2.1 為 8K120 支持高達 120 Gb / s 的帶寬。HDMI 2.1 完全向后兼容，但是它將需要新的線材（相同的連接器）才能利用更高的帶寬。HFR（高幀率）：HFR 是指超過 100fps（每秒幀數）的幀速率的術語，表示具有更高運動細節的平滑運動。電影通常以 24fps 的幀率拍攝和呈現，而游戲主機游戲歷來以 30 至6 0fps 的幀率呈現，HDMI 2.1 的更高帶寬將使 HFR 與 4K 分辨率結合起來使用。HDMI eARC（增強的音頻回傳通道）：自1.4版以來，音頻回傳(ARC)已成為HDMI 標準的一部分。音頻回傳允許你將所有源設備(如：藍光，游戲機等)直接連接到電視，并具有一條為高清晰度多媒體電線將電視連接到接收器。這樣可以實現接收器與電視之間的雙向通信。音頻從電視發送到接收器，或者接收器僅用一根電線將視頻發送回電視。這也使你可以將設備連接到電視或接收器，并且所有設備都會將音頻發送到接收器。這對于掛墻式電視或吊頂投影機來說非常有用。可是，音頻回傳的當前實現有一些局限性。有限的寬帶(?1 Mbps)限制了可通過返回通道發送的音頻質量，從而無法將高質量的未壓縮音頻發送到接收器。增強音頻回傳解決了這些問題，并真正確保了顯示器和接收器的前瞻性。它極大地增加了音頻回傳可以使用的寬帶量，達到了令人印象深刻的37Mbps。這種額外的寬帶可以發送未壓縮的5.1和7.1音頻，例如杜比TrueHD和DTS-HD MA，它們通常是杜比全景聲(Dolby Atmos)和DTS：X的載波信號。HDMI VRR（可變刷新率）：你可能已經知道 Nvidia G-Sync 和 AMD FreeSync，HDMI VRR 是用于 HDMI 上可變刷新率的類似標準規范。通過同步電視的刷新速率以實時匹配主機或 PC 的幀速率輸出，VRR 可以減少抖動、撕裂和延遲，從而使游戲更加流暢。電視和主機 / PC 都必須支持 HDMI VRR。HDMI QMS（快速媒體切換）：過去，只要你的設備正在更改發送信號的參數(例如電視)，屏幕就會變黑幾秒，而電視會調整為新的信號。這在游戲機上尤其明顯，因為游戲機的輸出刷新率甚至分辨率有時會根據內容而變化。快速媒體切換可解決此問題。當兼容的信號源連接到兼容的顯示器并切換格式時，顯示器將不再顯示黑屏，在不干擾黑屏的情況下立即在模式之間進行切換。HDMI ALLM（自動低延遲模式）：自動低延遲模式(ALLM)，也稱為自動游戲模式，是專為游戲玩家而設計的另一項出色功能。受支持的電視在自動低延遲模式允許下，檢測到正在玩的游戲時自動啟用電視的低延遲“游戲”模式。這免除了你每次開始播放時都必須手動啟用它的麻煩。它甚至知道玩游戲、在YouTube上觀看游戲或觀看電影之間的區別，并根據需要自動進行切換。

2019年6月26日VESA正式發布了display port2.0標準，物理帶寬達到80Gbps，一舉超過hdmi2.1的48Gbps。

現在可以支持10K@60Hz無壓縮，16K@60Hz無損壓縮或者同時支持2個4K(VR需要用兩個)，3個2K顯示器。dp2.0既可以使用dp線也可以使用usb type-c線，使用type-c線時還有usb功能，還可以給筆記本和手機充電？

dp2.0把面板重放功能從顯卡移到了顯示器里面，這樣可以降低筆記本和手機的功耗。使用type-c線時速度會減半，因為type-c是全雙工，dp是單工。dp2.0的物理層是基于雷電3，usb4.0的物理層也是基于雷電3，所以這倆技術上是一樣的，只是通訊協義和接口不一樣。

DisplayPort的技術優勢

1）高帶寬　

在高清晰視頻即將流行之際，沒有高帶寬的顯示接口是無法立足的。DisplayPort問世之初，它可提供的帶寬就高達10.8Gb/s，最新的DP2.0更是高達80Gb/s.

2）最大程度整合周邊設備　

和HDMI一樣，DisplayPort也允許音頻與視頻信號共用一條線纜傳輸，支持多種高質量數字音頻。但比HDMI更先進的是，DisplayPort在一條線纜上還可實現更多的功能。在四條主傳輸通道之外，DisplayPort還提供了一條功能強大的輔助通道。可以直接作為語音、視頻等低帶寬數據的傳輸通道，另外也可用于無延遲的游戲控制。

3）內外接口通吃　目前DisplayPort的外接型接頭有兩種:一種是標準型，類似USB、HDMI等接頭;另一種是低矮型，主要針對連接面積有限的應用，比如超薄筆記型電腦。兩種接頭的最長外接距離都可以達到15米，除實現設備與設備之間的連接外，DisplayPort還可用作設備內部的接口，甚至是芯片與芯片之間的數據接口。　 　

4）簡化相關產品的設計　

HDMI是在DVI的基礎上發展而來的，它們都使用了TMDS(最小化傳輸差分信號)信號傳輸技術，圖像傳輸前數字信號必須經過TMDS電路轉換為TMDS信號。而采用DisplayPort，數字信號可直接輸出，不需要TMDS轉換電路。不僅如此，DisplayPort同樣可簡化LCD內部設計。因為DVI、HDMI不能直接驅動時序控制器，所以VGA或TMDS信號輸入LCD后，必須轉換成LVDS信號。相比之下，DisplayPort則實現了與面板的集成，可直接驅動面板進行顯示，精簡了LVDS轉換電路。　

 5）具備高度的可擴展特性　

盡管DisplayPort 1.0標準只支持一條音頻流傳輸，但DisplayPort具備高度的可擴展特性，要讓它同時傳輸多條視頻或音頻流并不是一件困難的事情。

 6）內容保護技術更可靠　

DisplayPort也想把觸角延伸到消費電子領域，而這個領域對版權的保護十分敏感，如果沒有相應的內容保護技術，即使其優勢再大也很難獲得影片供應商的青睞。DP比HDMI的分辨率更高，屬于專業設備輸出/輸入接口，一般的顯示器和電視都沒有，屬于比較罕見的接口

簡介：USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC領域的接口技術。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯合提出的。USB具有傳輸速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持熱插拔，連接靈活，獨立供電等優點，可以連接鼠標、鍵盤、打印機、掃描儀、攝像頭、閃存盤、MP3機、手機、數碼相機、移動硬盤、外置光軟驅、USB網卡、ADSL Modem、Cable Modem等，幾乎所有的外部設備。

.USB的應用

USB是一個使計算機周邊設備連接標準化、單一化的接口，其規格是由Intel（英特爾）、NEC、Compaq、DEC、IBM（商業機器公司）、Microsoft（微軟）、Northern Telecom聯系制定的。　　

USB還有一個顯著優點就是支持熱插拔，也就是說在開機的情況下，你也可以安全地連接或斷開USB設備，達到真正的即插即用。 

目前USB設備雖已被廣泛應用，比較普遍的是USB2.0接口，它的傳輸速度為480Mbps每秒。比USB 1.1標準快40倍左右，速度的提高對于用戶的最大好處就是意味著用戶可以使用到更高效的外部設備，而且具有多種速度的周邊設備都可以被連接到USB 2.0的線路上，而且無需擔心數據傳輸時發生瓶頸效應。 

通用串行總線(英語:Universal Serial Bus，縮寫:USB)是連接計算機系統與外部設備的一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規范；需要加入協會，并且產品要有協會認證，但是不需要版權費用；根據傳輸速度分為USB:2.0，USB:3.0，USB:3.1以及USB 4；USB 3.1以及USB 4（俗稱type C）具有傳輸數據，傳輸聲音和影像以及充電功能，最大功率20V 5A（100W），需要有IC(E-MARK),最大傳輸到40G；USB2.0（480Mb/s）和3.0（5G）只有傳輸數據和充電功能，最大功率5V 1A（5W）。目前USB實際標準對應的各接口的傳輸速率如下：

USB 4 應用的cable 接線圖

以上信號按照功能主要可以分為5類： 

第一類：Power有關的信號，包括

a）VBUS，USB線纜的bus power（和我們通常意義上VBUS保持一致）。 

b）VCONN（只有在插頭上才會有該信號），用于向插頭供電（由此可以推測出有些插頭中可能會有電路）。 

c）GND，接地

第二類：USB 2.0數據線，D+/D-，它們在插頭端只有一對，和舊的USB 2.0規范一致。但為了支持正反隨意插。在插座端定義了兩組，這樣插座端可以根據實際情況進行合適的mapping。  第三類：USB3.1數據線，TX+/-和RX+/-，用于高速的數據傳輸。插頭和插座端都有兩組，用于支持正反隨意插。 

第四類：用于Configuration的信號，對插頭來說，只有一個CC，對插座來說，有兩個CC1和CC2。 

第五類：擴展功能所需的信號，具體使用場景由相應的擴展功能決定。 

對于3.1中所描述的不同類型的插座和插頭，這24個管腳以及信號不一定全部使用，具體可參考USB Type-C的規范，另外大家可能注意到了，USB Type-C 24個管腳信號中，Power類（GND/VBUS）和數據類（D+/D-/TX/RX）是完全對稱的（對Power來說，無論怎么插，都是一樣；對數據線來說，簡單的路由一下，就可以工作）。剩下的，包括CC、SBU和VCONN，用于方向、線類型等檢測.

要連接局域網，網線是必不可少的。在局域網中常見的網線主要有雙絞線、同軸電纜、光纜三種。雙絞線，是由許多對線組成的數據傳輸線。它的特點就是價格便宜，所以被廣泛應用，如我們常見的電話線等。它是用來和RJ45水晶頭相連的。它又有STP和UTP兩種，我們常用的是UTP。

RJ是RegisteredJack的縮寫，意思是“注冊的插座”。常用的有RJ-11和RJ-45，計算機網絡的RJ-45是標準8位模塊化接口的俗稱。

接口定義：

RJ-45插頭是一種只能沿固定方向插入并自動防止脫落的塑料接頭，俗稱“水晶頭”，專業術語為RJ-45連接器（RJ-45是一種網絡接口規范，類似的還有RJ-11接口，就是我們平常所用的“電話接口”，用來連接電話線）。之所把它稱之為“水晶頭”，是因為它的外表晶瑩透亮的原因。雙絞線的兩端必須都安裝這種RJ-45插頭，以便插在網卡（NIC）、集線器（Hub）或交換機（Switch）的RJ-45接口上，進行網絡通訊。    

RJ-11: 是一種電話線類連接器, 支持2線和4線, 也就通常所說的4P/2C, 4P/4C結構。在計算機系統  RJ-11水晶頭中，RJ11主要用來聯接modem調試解調器。日常應用中，RJ-11常見于電話線。

RJ12水晶頭用于語音通信的，結構和前兩種一樣，但是有六根針腳（6p6c）。同時還衍生出六槽四針（6p4c）和六槽兩針（6p2c）兩種，是一種電話線類連接器。

分類

雙絞線常見的有3類線，5類線和超5類線，以及最新的6類線，前者線徑細而后者線徑粗，型號如下：

1）一類線：主要用于傳輸語音（一類標準主要用于八十年代初之前的電話線纜），不同于數據傳輸。　　

2）二類線：傳輸頻率為1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸，常見于使用4MBPS規范令牌傳遞協議的舊的令牌網。　　

3）三類線：指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸主要用于10BASE--T。　　

4）四類線：該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數據傳輸主要用于基于令牌的局域網和 10BASE-T/100BASE-T。　　

5）五類線：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，傳輸率為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸，主要用于100BASE-T和10BASE-T網絡。這是最常用的以太網電纜。　

6）超五類線：超5類具有衰減小，串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網（1000Mbps）。 

7）六類線：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比（PS-ACR）應該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應用。六類與超五類的一個重要的不同點在于：改善了在串擾以及回波損耗方面的性能，對于新一代全雙工的高速網絡應用而言，優良的回波損耗性能是極重要的。六類標準中取消了基本鏈路模型，布線標準采用星形的拓撲結構，要求的布線距離為：永久鏈路的長度不能超過90m，信道長度不能超過100m。　　

8）超六類線：超六類線是六類線的改進版，同樣是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6類/E級標準中規定的一種非屏蔽雙絞線電纜，主要應用于千兆位網絡中。在傳輸頻率方面與六類線一樣，也是200～250 MHz，最大傳輸速度也可達到1 000 Mbps，只是在串擾、衰減和信噪比等方面有較大改善。　　

9）七類線：該線是ISO 7類/F級標準中最新的一種雙絞線，它主要為了適應萬兆位以太網技術的應用和發展。但它不再是一種非屏蔽雙絞線了，而是一種屏蔽雙絞線，所以它的傳輸頻率至少可達500 MHz，是六類線和超六類線的2倍以上，傳輸速率可達10 Gbps。 

10）八類線：Cat8八類網線是最新一代雙屏蔽（SFTP）的網絡跳線，它擁有兩個導線對，可支持2000MHz的帶寬，且傳輸速率高達40Gb/s。此外，Cat8網線可以與向上兼容所有的RJ45線纜，是專門為25/40GBASE-T應用而設計，不過其傳輸距離較短，僅有30m，特別適合短距離數據中心的服務器、交換機、配線架以及其他設備的連接。　

　　　接線標準參考

將水晶頭面向自己（小尾巴在背面）

從左到右線序1 2 3 4 5 6 7 8 　　

568A標準：白綠 綠 白橙 藍 白藍 橙 白棕 棕 　　

568B標準：白橙 橙 白綠 藍 白藍 綠 白棕 棕