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，這將產(chǎn)生相反方向的磁場，因此在理想狀態(tài)下能有效消除差模噪聲。但如果信號線耦合了共模噪聲，則共模電流產(chǎn)生的磁場將得到加強，從而導(dǎo)致嚴(yán)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。共模扼流圈正是滿足這種需求的產(chǎn)品。共模扼流圈由兩個共磁芯的電感組成。當(dāng)兩個不同方向的電流流過共模扼流圈時，兩個線圈產(chǎn)生方向相反的磁場，磁場相互抵消，因此線圈兩端表現(xiàn)出零阻抗。但當(dāng)共模電流流過扼流圈時，兩個線圈會產(chǎn)生方向相反的磁場，磁場相互加強，因此線圈兩端表現(xiàn)出高阻抗。正是由于具有這種特性，共模扼流圈能顯著減少噪聲(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(xiàn)，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(dāng)沒有使用共模扼流圈時，噪聲大約為60dBuV/m，而當(dāng)采用共模扼流圈后，發(fā)射噪聲減少了大約15dBuV/m。

應(yīng)用注意事項

1. 共模扼流圈的選擇

理論上講，共模扼流圈不會影響差分信號，但在某些情況下會導(dǎo)致信號損耗(圖6)，因為傳輸線的特性阻抗和共模扼流圈的鏡像阻抗在高頻時存在差異。因此，諸如HDMI的高速差分信號線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(hù)元件被普遍用在HDMI應(yīng)用中，以保護(hù)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(dāng)電路使用這些元件時，制造商會采用多種辦法避免因電容值變化而引起的阻抗值下降問題。

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，其中一個原因是電路板上連接器的焊盤或其它元件的焊盤面積不適合。與走線的阻抗匹配相比，焊盤面積的阻抗匹配更容易被忽視，從而導(dǎo)致信號失真(圖7)。

3. 信號線長度

由于1080p的原始數(shù)據(jù)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長度。當(dāng)傳輸高頻信號時，電路板走線等效為電阻，使信號頻譜出現(xiàn)衰減，波形出現(xiàn)失真(如圖8所示)。

圖9給出了信號線長度和靜電保護(hù)元件電容值的不同組合情況下的測試結(jié)果。結(jié)果表明，信號線長度最長最好不超過4cm，靜電保護(hù)元件的電容值不超過1.2pF。

圖10是1080p發(fā)送側(cè)的波形測試(電測試，通過或不通過)結(jié)果總表。在這個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走線長度為3cm。測試波形如圖10所示，這樣的波形是可以接受的。

繞線型共模扼流圈一般被用作HDMI噪聲抑制元件。隨著貼裝密度逐步提高，市場逐步轉(zhuǎn)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(guī)格的小尺寸薄膜型共模扼流圈已經(jīng)可以使用了。預(yù)計未來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(jié)

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現(xiàn)抑制噪聲提供幫助，畢竟，更高頻率的HDMI已成為現(xiàn)實。