共模扼流圈實現(xiàn)高清多媒體共模噪音抑制
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1 引言
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，其特點是可以使數(shù)字設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，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，因為共模線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所示的是一個應用于HDMI的轉(zhuǎn)換最小差分信號(TMDS)的網(wǎng)絡圖。其最大的數(shù)據(jù)傳輸率是10.2bps，其中一組的數(shù)據(jù)信號頻率達到1GHz甚至更高。最初，HDMI接口能夠傳輸?shù)囊曨l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程中，用一根3米長線纜連接兩個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(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)
現(xiàn)在把共模扼流圈在信號線上和時鐘線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(shù)據(jù)傳輸進行評價。圖2所示為共模轉(zhuǎn)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行評價。
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(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。
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，評估在這種應用上加一個共模扼流圈和一個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保護器件。
圖5所示的是，當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，信號波形失真嚴重，已經(jīng)不能滿足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(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，工程師們應該注意到，因為隨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。
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