HDMI接口的噪聲抑制方法

噪聲抑制的方法

HDMI傳輸差分信號(D+和D-)，差分信號的電流按相反方向流動(dòng)，這將產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)，因此在理想狀態(tài)下能有效消除差模噪聲。但如果信號線(xiàn)耦合了共模噪聲，則共模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)將得到加強，從而導致嚴重的噪聲干擾(圖2)。

為消除這種噪聲并不影響差分信號，HDMI必須使用一種靜噪濾波器。共模扼流圈正是滿(mǎn)足這種需求的產(chǎn)品。共模扼流圈由兩個(gè)共磁芯的電感組成。當兩個(gè)不同方向的電流流過(guò)共模扼流圈時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)相互抵消，因此線(xiàn)圈兩端表現出零阻抗。但當共模電流流過(guò)扼流圈時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)相互加強，因此線(xiàn)圈兩端表現出高阻抗。正是由于具有這種特性，共模扼流圈能顯著(zhù)減少噪聲(圖3)。

圖4 給出了利用共模扼流圈抑制HDMI噪聲的效果，這里采用1080p信號波形?？梢园l(fā)現，使用共模扼流圈前后的信號波形幾乎是一樣的。圖5是使用模扼流圈前后的發(fā)射噪聲對比圖，當沒(méi)有使用共模扼流圈時(shí)，噪聲大約為60dBuV/m，而當采用共模扼流圈后，發(fā)射噪聲減少了大約15dBuV/m。

應用注意事項

1. 共模扼流圈的選擇

理論上講，共模扼流圈不會(huì )影響差分信號，但在某些情況下會(huì )導致信號損耗(圖6)，因為傳輸線(xiàn)的特性阻抗和共模扼流圈的鏡像阻抗在高頻時(shí)存在差異。因此，諸如HDMI的高速差分信號線(xiàn)要求共模扼流圈具備良好的傳輸特性。

2. 阻抗失配

靜電保護元件被普遍用在HDMI應用中，以保護IC不受靜電破壞。眾所周知的壓敏電阻和肖特基二極管具備此功能。當電路使用這些元件時(shí)，制造商會(huì )采用多種辦法避免因電容值變化而引起的阻抗值下降問(wèn)題。

但某些情況下存在由于其它原因造成的阻抗下降或阻抗失配，其中一個(gè)原因是電路板上連接器的焊盤(pán)或其它元件的焊盤(pán)面積不適合。與走線(xiàn)的阻抗匹配相比，焊盤(pán)面積的阻抗匹配更容易被忽視，從而導致信號失真(圖7)。

3. 信號線(xiàn)長(cháng)度

由于1080p的原始數據信號頻率是742.5MHz，所以有必要在特性阻抗不匹配的情況下考慮信號線(xiàn)長(cháng)度。當傳輸高頻信號時(shí)，電路板走線(xiàn)等效為電阻，使信號頻譜出現衰減，波形出現失真(如圖8所示)。

圖9給出了信號線(xiàn)長(cháng)度和靜電保護元件電容值的不同組合情況下的測試結果。結果表明，信號線(xiàn)長(cháng)度最長(cháng)最好不超過(guò)4cm，靜電保護元件的電容值不超過(guò)1.2pF。

圖10是1080p發(fā)送側的波形測試(電測試，通過(guò)或不通過(guò))結果總表。在這個(gè)FR-4基板上安裝了村田電子的薄膜共模扼流圈和電容值為1.0pF的壓敏電阻，PCB走線(xiàn)長(cháng)度為3cm。測試波形如圖10所示，這樣的波形是可以接受的。

繞線(xiàn)型共模扼流圈一般被用作HDMI噪聲抑制元件。隨著(zhù)貼裝密度逐步提高，市場(chǎng)逐步轉向尺寸更小的共模扼流圈和共模扼流圈陣列。如今，0804和0504兩種規格的小尺寸薄膜型共模扼流圈已經(jīng)可以使用了。預計未來(lái)對小尺寸的陣列型共模扼流圈的需求將增加，以提供高效的噪聲抑制功能。

本文小結

本文討論了利用共模扼流圈進(jìn)行HDMI接口的噪聲抑制的方法，以及相關(guān)外圍電路的使用注意事項。希望這些討論能為實(shí)現抑制噪聲提供幫助，畢竟，更高頻率的HDMI已成為現實(shí)。