THine Value 以毫米波通訊技術達成HDMI無線傳輸及無線供電,實現「完全無連接器」
2024.12.05
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提到影像Interface,HDMI和DisplayPort是最具代表性的存在。許多人可能都有親手插入這些連接器,將電腦與顯示器連接的經驗。如果是在自家的電腦,很多情況下插好之後就會「一直保持原樣」,不需要再度插拔。
然而,根據不同的用途,有時必須反覆進行這個連接作業。例如,在工廠生產線上對搭載顯示器的設備進行檢測。工作人員需要將影像Interface的連接器插入正在生產線上流動的顯示設備,檢查完成後再拔掉連接器,然後連接到下一台設備。相同的程序需要一天反覆進行多次。當然這樣的工作本身就非常繁重,而且頻繁的插拔會增加連接器損壞的風險。
此外,汽車中的顯示器（選配設備）也是需要反覆進行影像Interface連接的應用之一。孩子們經常會將智慧型手機或攜帶式遊戲機等設備,透過HDMI等等的影像Interface進行連接。此時如果影像Interface用的連接器外露,就可能會不小心灑上水或果汁,導致連接故障。
然而,根據不同的用途,有時必須反覆進行這個連接作業。例如,在工廠生產線上對搭載顯示器的設備進行檢測。工作人員需要將影像Interface的連接器插入正在生產線上流動的顯示設備,檢查完成後再拔掉連接器,然後連接到下一台設備。相同的程序需要一天反覆進行多次。當然這樣的工作本身就非常繁重,而且頻繁的插拔會增加連接器損壞的風險。
此外,汽車中的顯示器（選配設備）也是需要反覆進行影像Interface連接的應用之一。孩子們經常會將智慧型手機或攜帶式遊戲機等設備,透過HDMI等等的影像Interface進行連接。此時如果影像Interface用的連接器外露,就可能會不小心灑上水或果汁,導致連接故障。
以毫米波傳輸HDMI訊號
為了解決這些問題,我們公司開發了將電腦與顯示器連接的影像Interface無線化的裝置—「非接觸顯示適配器(Contactless Display Adapter)」（圖1）。影像Interface的無線傳輸將透過60GHz頻段的毫米波通訊來實現。
開發的裝置由傳送單元（Tx unit）和接收單元（Rx unit）構成（圖2）。影像Interface支援HDMI,傳送單元的輸入和接收單元的輸出都為HDMI。
使用方法非常簡單。每個單元都有突起和對應的孔,只需將兩個單元的突起對接,將傳送單元和接收單元重疊,位置對準後,影像訊號的無線傳輸即可開始（圖3）。然而物理上插入連接器的操作是完全不需要的。
此外,非接觸顯示適配器還搭載了無線供電（WPT：Wireless Power Transfer）功能,可以為接收單元提供電力。如前所述,只需將兩個突起對接,首先會啟動無線供電,隨後便能實現影像Interface的無線傳輸。換句話說,接收單元這一側不需要接入電源連接器。
因此利用非接觸顯示適配器,使用者可以獲得兩大優勢。其一是,能夠改善連接器插拔作業的次數。雖然每次插拔影像Interface連接器所花費的時間並不長,但如果插拔次數多,總花費的時間便不可忽視。如果能省下這些時間,則可以大幅提高作業效率。如果將其應用於前述的顯示器搭載設備檢測流程等場合,將能夠帶來非常大的效益
も另一個優勢是可以防止連接器的損耗。若將影像Interface無線化,就不再需要物理連接的連接器,便可以有效防止連接器的物理損耗。
除此之外還能獲得一個優勢,也就是可以實現傳送單元和接收單元之間的電氣絕緣。根據影像Interface的應用需求,有些情況下需要將影像訊號的傳送端和接收端進行電氣絕緣,以確保較高的安全性。而使用此次開發的裝置,就能夠滿足這一需求。
圖1 無線傳輸影像Interface的「非接觸顯示適配器」
開發的裝置由傳送單元（Tx unit）和接收單元（Rx unit）構成（圖2）。影像Interface支援HDMI,傳送單元的輸入和接收單元的輸出都為HDMI。
圖2 非接觸顯示適配器的傳送單元和接收單元
使用方法非常簡單。每個單元都有突起和對應的孔,只需將兩個單元的突起對接,將傳送單元和接收單元重疊,位置對準後,影像訊號的無線傳輸即可開始（圖3）。然而物理上插入連接器的操作是完全不需要的。
圖 3 位置可以輕鬆對齊
此外,非接觸顯示適配器還搭載了無線供電（WPT：Wireless Power Transfer）功能,可以為接收單元提供電力。如前所述,只需將兩個突起對接,首先會啟動無線供電,隨後便能實現影像Interface的無線傳輸。換句話說,接收單元這一側不需要接入電源連接器。
因此利用非接觸顯示適配器,使用者可以獲得兩大優勢。其一是,能夠改善連接器插拔作業的次數。雖然每次插拔影像Interface連接器所花費的時間並不長,但如果插拔次數多,總花費的時間便不可忽視。如果能省下這些時間,則可以大幅提高作業效率。如果將其應用於前述的顯示器搭載設備檢測流程等場合,將能夠帶來非常大的效益
も另一個優勢是可以防止連接器的損耗。若將影像Interface無線化,就不再需要物理連接的連接器,便可以有效防止連接器的物理損耗。
除此之外還能獲得一個優勢,也就是可以實現傳送單元和接收單元之間的電氣絕緣。根據影像Interface的應用需求,有些情況下需要將影像訊號的傳送端和接收端進行電氣絕緣,以確保較高的安全性。而使用此次開發的裝置,就能夠滿足這一需求。
採用易於無線化的Interface
在此次開發的非接觸顯示適配器中,我們採用了支持我司獨有影像Interface規格「V-by-One HS II」的SerDes晶片組「THCV333-Q/THCV334-Q」。為什麼選擇了支持V-by-One HS II的晶片組呢？在解釋這一原因之前,我們先來說明一下無線傳輸系統中影像訊號的流程（圖4）。
首先,在傳送單元中,將從電腦輸出的影像訊號（HDMI訊號）在轉換器中轉換為Parallel訊號,然後在「THC63LVDM83D」中轉換為LVDS訊號。接著透過Serializer IC「THCV333-Q」將訊號轉換為V-by-One HS II訊號,並經由毫米波通訊模組「SAM3」進行無線傳輸,傳送至接收單元。
另一方面,接收單元將訊號返回為影像訊號（HDMI訊號）,並以與傳送單元完全相反的順序輸入到顯示器。具體而言,從接收毫米波訊號的SAM3中提取V-by-One HS II訊號,透過Deserializer IC「THCV334-Q」轉換為LVDS訊號,透過「THC63LVDF84C」轉換為Parallel訊號,最後使用轉換器轉換回影像訊號（HDMI訊號）。
V-by-One HS II的最大優勢在於其傳輸方式。V-by-One HS II設有Forward channel（從傳送回路到接收回路）和Back channel（從接收回路到傳送回路）。在Forward channel中,影像訊號以及嵌入其中的控制訊號作為封包一起傳送；而在Back channel中,只傳送控制訊號。THCV333-Q和THCV334-Q晶片組允許藉由Register設置選擇將這兩種訊號重疊並以雙向/少配線方式傳送,或者將其分開並以單向/獨立配線方式傳送。由於可以輕鬆設置為單向通訊,這使其非常適合用於無線傳輸（光傳輸）。實際上,在此次開發的非接觸顯示適配器中,我們準備了4個毫米波通訊模組SAM3,並利用2個模組分別構建了Forward channel和Back channel。
順帶一提,我們公司現有的技術使用的是以「V-by-One HS」為基礎的Mainlink來傳輸影像訊號,而控制訊號則使用與Mainlink不同的Sublink,這樣構成了兩個傳輸channel。在這其中Mainlink是單向通訊,而Sublink則是雙向通訊,因此並不適用於無線傳輸（光傳輸）。換句話說透過採用V-by-One HS II的THCV333-Q/THCV334-Q,我們可以相對輕鬆地實現無線HDMI傳輸。
圖4 影像訊號在傳送單元和接收單元的流程
首先,在傳送單元中,將從電腦輸出的影像訊號（HDMI訊號）在轉換器中轉換為Parallel訊號,然後在「THC63LVDM83D」中轉換為LVDS訊號。接著透過Serializer IC「THCV333-Q」將訊號轉換為V-by-One HS II訊號,並經由毫米波通訊模組「SAM3」進行無線傳輸,傳送至接收單元。
另一方面,接收單元將訊號返回為影像訊號（HDMI訊號）,並以與傳送單元完全相反的順序輸入到顯示器。具體而言,從接收毫米波訊號的SAM3中提取V-by-One HS II訊號,透過Deserializer IC「THCV334-Q」轉換為LVDS訊號,透過「THC63LVDF84C」轉換為Parallel訊號,最後使用轉換器轉換回影像訊號（HDMI訊號）。
V-by-One HS II的最大優勢在於其傳輸方式。V-by-One HS II設有Forward channel（從傳送回路到接收回路）和Back channel（從接收回路到傳送回路）。在Forward channel中,影像訊號以及嵌入其中的控制訊號作為封包一起傳送；而在Back channel中,只傳送控制訊號。THCV333-Q和THCV334-Q晶片組允許藉由Register設置選擇將這兩種訊號重疊並以雙向/少配線方式傳送,或者將其分開並以單向/獨立配線方式傳送。由於可以輕鬆設置為單向通訊,這使其非常適合用於無線傳輸（光傳輸）。實際上,在此次開發的非接觸顯示適配器中,我們準備了4個毫米波通訊模組SAM3,並利用2個模組分別構建了Forward channel和Back channel。
順帶一提,我們公司現有的技術使用的是以「V-by-One HS」為基礎的Mainlink來傳輸影像訊號,而控制訊號則使用與Mainlink不同的Sublink,這樣構成了兩個傳輸channel。在這其中Mainlink是單向通訊,而Sublink則是雙向通訊,因此並不適用於無線傳輸（光傳輸）。換句話說透過採用V-by-One HS II的THCV333-Q/THCV334-Q,我們可以相對輕鬆地實現無線HDMI傳輸。
有效利用Back channel
毫米波通訊模組SAM3是韓國SENSORVIEW公司的產品。其內部包含了STMicroelectronics的毫米波通訊Transceiver IC「ST60A2」,以及SENSORVIEW自行開發的Patch Antenna等組件。
無線供電採用了B&PLUS的無線供電模組。最大可供應的電力為10W。值得注意的是,Back channel用於傳送確認無線供電的傳送線圈和接收線圈之間是否已建立電力交換的訊號。如果對應的接收線圈不存在,繼續從傳送線圈輸送電力會導致大量的電力損失。因此為了防止這種情況,當接收單元未通過Back channel回傳訊號時,無線供電將停止,以減少電力損失和發熱。
以上
無線供電採用了B&PLUS的無線供電模組。最大可供應的電力為10W。值得注意的是,Back channel用於傳送確認無線供電的傳送線圈和接收線圈之間是否已建立電力交換的訊號。如果對應的接收線圈不存在,繼續從傳送線圈輸送電力會導致大量的電力損失。因此為了防止這種情況,當接收單元未通過Back channel回傳訊號時,無線供電將停止,以減少電力損失和發熱。
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