用共模扼流圈控制高清多媒體接口噪音

中心議題：

• 抑制HDMI輻射噪音的策略
• 保持高清多媒體接口信號質(zhì)量
• 共模扼流圈的阻抗匹配

1 引言

在數(shù)字家電領(lǐng)域，高清晰度能力的產(chǎn)品發(fā)展速度非常迅速，在TV和DVD播放類產(chǎn)品中，全高清類型的越來越普通。近幾年來，新開發(fā)的可以重放高分辨率的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和游戲機(jī)中，高清產(chǎn)品同樣獲得了快速發(fā)展。

目前的情況可見，在高清晰度設(shè)備中，模擬的D-終端連接器和元器件構(gòu)建的終端已經(jīng)作為視頻終端被應(yīng)用。隨著高清產(chǎn)品向著更高的分辨率發(fā)展，一種被稱為數(shù)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(shù)字設(shè)備能夠傳輸高速視頻信號。HDMI對信號的衰減很小，同時對外部噪音的抵抗能力較強(qiáng)，其本身的噪音輻射也很低。其原因是由于信號線路采用了相互消磁的設(shè)計。雖然如此，輻射噪音產(chǎn)生的問題仍然時有發(fā)生，例如其內(nèi)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(zhuǎn)換來的噪音。

在以這類方式產(chǎn)生噪音的情況下，采用一個共模線圈來抑制噪音的方法是非常有效的，因?yàn)楣材＞€圈可以抑制共模噪音，但對差分信號的影響很小。然而應(yīng)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。

借助三組信號線和一組時鐘線，HDMI可以同時傳輸視頻和音頻信號。圖1所示的是一個應(yīng)用于HDMI的轉(zhuǎn)換最小差分信號(TMDS)的網(wǎng)絡(luò)圖。其最大的數(shù)據(jù)傳輸率是10.2bps，其中一組的數(shù)據(jù)信號頻率達(dá)到1GHz甚至更高。最初，HDMI接口能夠傳輸?shù)囊曨l分辨率高達(dá)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程中，用一根3米長線纜連接兩個HDMI設(shè)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(guī)格及其參數(shù)，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(guī)格與參數(shù)

圖3所示為使用共模扼流圈后，HDMI輻射噪音的測量結(jié)果。從圖中可見，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(qiáng)的抑制效果。所有這些共模扼流圈應(yīng)用的效果來講，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時的衰減呈現(xiàn)多樣性。另外，從圖中可見，DLP11SN900HL2的噪音抑制效果比其它型號共模扼流圈差，這是因?yàn)镈LP11SN900HL2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(jié)果可見，增加一個在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。

3 保持高清多媒體接口信號質(zhì)量

基于與HDMI1.3版本兼容的信號波形評估，就是采用一個視頻信號發(fā)生器作為信號源，同時用12位的深色信號作為輸出信號，評估在這種應(yīng)用上加一個共模扼流圈和一個普通的靜電保護(hù)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的波形傳輸變化情況。在該評估中，我們采用了一個截止頻率為3.5GHz的共模線圈DLP11SN900HL2和一個1.0PF的電容器做ESD保護(hù)器件。

圖5所示的是，當(dāng)一個截止頻率大概是1GHz的共模扼流圈被采用時，HDMI信號波形產(chǎn)生的情況。這時，信號波形失真嚴(yán)重，已經(jīng)不能滿足HDMI標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)，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傳輸12位的深色信號。但是，工程師們應(yīng)該注意到，因?yàn)殡S著壓敏電阻的量值和安裝位置的不同，都會影響到靜電屏蔽裝置的波形傳輸。

4 共模扼流圈的阻抗匹配

圖6所示的是用一個TDR測量儀器測試共模扼流圈的阻抗。零件的阻抗等于傳輸線的特性阻抗。為了使傳輸信號沒有輻射，阻抗匹配是必須的。圖6同時也顯示了共模扼流圈用于阻抗匹配的評價，符合HDMI標(biāo)準(zhǔn)要求的100+/-15Ω。由于使用了一個ESD器件的電容器，有時會造成阻抗不能滿足標(biāo)準(zhǔn)的需要。在這種情況下，用共模扼流圈加ESD壓敏電阻就可以滿足阻抗匹配標(biāo)準(zhǔn)了。圖7所示為在HDMI接口和1.0PF電容的ESD壓敏電阻之間加一個DLP11SN900HL2的阻抗情況。此時的阻抗已經(jīng)滿足阻抗匹配標(biāo)準(zhǔn)了。

5 小結(jié)

根據(jù)以上所述的評價模式，確定在HDMI1.3版本或12位深色信號的有效噪音抑制措施和方法，并給予了實(shí)施。首先，共模扼流圈的Scc21值要高，用來抑制GHz頻段的噪音，而且在3GHz或以上頻率時，Scc21要高于10db。其次，共模扼流圈的截止頻率應(yīng)高于或等于3.0GHz，以確保足夠的眼圖信號空間。最后，為了確?？轨o電功能，貼裝順序應(yīng)先安裝接口，接著安裝ESD器件，最后安裝共模扼流圈。但是，阻抗匹配將變得更困難，這是必須注意的問題。

在HDMI上加共模扼流圈的評價實(shí)驗(yàn)，都應(yīng)考慮接口標(biāo)準(zhǔn)、信號頻率和周邊電路，用以確定對噪音抑制的影響。