HDMI接口的噪聲抑制方法

噪聲抑制的方法

HDMI傳輸差分信號(hào)(D+和D-)，差分信號(hào)的電流按相反方向流動(dòng)，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(hào)線耦合了共模噪聲，則共模電流產(chǎn)生的磁場將得到加強(qiáng)，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(hào)，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(gè)共磁芯的電感組成。當(dāng)兩個(gè)不同方向的電流流過共模扼流圈時(shí)，兩個(gè)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(shí)，兩個(gè)線圈會(huì)產(chǎn)生方向相反的磁場，磁場相互加強(qiáng)，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(hào)波形?？梢园l(fā)現(xiàn)，使用共模扼流圈前后的信號(hào)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(shí)，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(xiàng)

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(hào)，但在某些情況下會(huì)導(dǎo)致信號(hào)損耗(圖6)，因?yàn)閭鬏斁€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(hào)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(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(hào)失真(圖7)。

3. 信號(hào)線長度

由于1080p的原始數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)線長度。當(dāng)傳輸高頻信號(hào)時(shí)，電路板走線等效為電阻，使信號(hào)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(hào)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(hào)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(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(jì)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(xiàng)。希望這些討論能為實(shí)現(xiàn)抑制噪聲提供幫助，畢竟，更高頻率的HDMI已成為現(xiàn)實(shí)。