共模扼流圈實(shí)現高清多媒體共模噪音抑制
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1 引言
隨著(zhù)高清產(chǎn)品向著(zhù)更高的分辨率發(fā)展，一種被稱(chēng)為數字微分接口即所謂的高清多媒體接口(HDMI)被采用，其特點(diǎn)是可以使數字設備能夠傳輸高速視頻信號。HDMI對信號的衰減很小，同時(shí)對外部噪音的抵抗能力較強，其本身的噪音輻射也很低。其原因是由于信號線(xiàn)路采用了相互消磁的設計。雖然如此，輻射噪音產(chǎn)生的問(wèn)題仍然時(shí)有發(fā)生，例如其內部的集成電路(IC)和外圍的電路產(chǎn)生的共模噪音，或者由差分信號轉換來(lái)的噪音。
在以這類(lèi)方式產(chǎn)生噪音的情況下，采用一個(gè)共模線(xiàn)圈來(lái)抑制噪音的方法是非常有效的，因為共模線(xiàn)圈可以抑制共模噪音，但對差分信號的影響很小。然而應該注意的是，由于信號的頻率不同，外圍電路和元器件不相同，共模扼流圈的選擇和貼裝也不相同。
借助三組信號線(xiàn)和一組時(shí)鐘線(xiàn)，HDMI可以同時(shí)傳輸視頻和音頻信號。圖1所示的是一個(gè)應用于HDMI的轉換最小差分信號(TMDS)的網(wǎng)絡(luò )圖。其最大的數據傳輸率是10.2bps，其中一組的數據信號頻率達到1GHz甚至更高。最初，HDMI接口能夠傳輸的視頻分辨率高達1080p或者8位真彩色。HDMI1.3版本的可以傳輸圖像分辨率為1080p或12位深彩色。
圖1 HDMI共模扼流圈的工作原理圖
2 抑制HDMI輻射噪音的策略
在研究這種方法的過(guò)程中，用一根3米長(cháng)線(xiàn)纜連接兩個(gè)HDMI設備，測試從1~5GHz的輻射噪音。表1列出了幾種不同型號共模扼流圈的規格及其參數，它們分別是同樣尺寸(1.25×1.0mm)的DLP11SN900HL2和DLP11SA900HL2，以及2.0×1.2mm尺寸的DLW21SN900HQ2。
表 1 幾種共模扼流圈的規格與參數
現在把共模扼流圈在信號線(xiàn)上和時(shí)鐘線(xiàn)上測試其噪音并因此確定受到的影響。在1080p或12位深色的最高信號頻率為1.11GHz上，對數據傳輸進(jìn)行評價(jià)。圖2所示為共模轉換特性，特別是Scc21，在此消除的噪音但增加了與其成比例的Scc21的量值，以及差分模式傳輸特性和影響信號波形跌幅成比例的Sdd21。在此采用共模扼流圈進(jìn)行評價(jià)。
圖3所示為使用共模扼流圈后，HDMI輻射噪音的測量結果。從圖中可見(jiàn)，這種共模扼流圈圖可以抑制1GHz甚至更高頻率的噪音。實(shí)際上，它對高次諧波有很強的抑制效果。所有這些共模扼流圈應用的效果來(lái)講，噪音在2.22GHz處衰減約為10db。圖中還顯示出由于使用了共模扼流圈，噪音在3.33GHz和4.44GHz時(shí)的衰減呈現多樣性。另外，從圖中可見(jiàn)，DLP11SN900HL2的噪音抑制效果比其它型號共模扼流圈差，這是因為DLP11SN900HL2的Scc21值在3GHz及更高頻率處相對較低，如圖2所示。由圖2和圖3顯示結果可見(jiàn)，增加一個(gè)在30GHz及以上頻率處有10db以上衰減能力的共模扼流圈是必須的。
基于與HDMI1.3版本兼容的信號波形評估，就是采用一個(gè)視頻信號發(fā)生器作為信號源，同時(shí)用12位的深色信號作為輸出信號，評估在這種應用上加一個(gè)共模扼流圈和一個(gè)普通的靜電保護元器件后的信號波形狀態(tài)。圖4所示為各部件安裝順序不同時(shí)的波形傳輸變化情況。在該評估中，我們采用了一個(gè)截止頻率為3.5GHz的共模線(xiàn)圈DLP11SN900HL2和一個(gè)1.0PF的電容器做ESD保護器件。
圖5所示的是，當一個(gè)截止頻率大概是1GHz的共模扼流圈被采用時(shí)，HDMI信號波形產(chǎn)生的情況。這時(shí)，信號波形失真嚴重，已經(jīng)不能滿(mǎn)足HDMI標準了。在研究了波形和共模扼流圈的截止頻率之后，可以發(fā)現，只有截止頻率為3.5GHz或更高的共模扼流圈，才能保證有足夠的周邊來(lái)傳輸12位的深色信號。但是，工程師們應該注意到，因為隨著(zhù)壓敏電阻的量值和安裝位置的不同，都會(huì )影響到靜電屏蔽裝置的波形傳輸。
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