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HDMI设计指南:HDTV接收机应用中高速PCB的成功设计

作者:时间:2012-04-19来源:网络收藏
it-text-stroke-width: 0px">在单端系统中,电流通过一个电感从电源流至负载,并经由一个接地层或线路返回。该电流引起的横向电磁 (TEM) 波会自由地向外部环境辐射,从而引起严重的电磁干扰 (EMI)(见图 3)。而且,电感中的外部源噪声不可避免地被放大,从而破坏信号完整性。

替代差分信令要使用两个电感,一个用于正向电流,另一个用于电流返回。因此,当紧密耦合时,该两个电感中的电流为等量,但是极性却相反,并且其电磁场消失。现在,电磁场被“抢走”的两个电感的 TEM 波均不能向环境中辐射。只有在电感环路外部有极小的边缘磁场时才会发生辐射,从而产生极低的 EMI(见图 3)。

图 3 来自单个电感周围大散射磁场和差动信号对紧密耦合电感环路的外部小散射磁场的 TEM 波辐射

紧密电耦合的另一个好处是,感应至两个电感的外部噪声均以等量共模噪声的形式出现在输入端上。具有差动输入的均只对信号差异敏感,而对共模信号不敏感。因此,该接收机抑制了共模噪声,并保持了信号完整性。

为了使差分信令可以工作在一个 PCB 上,一个差动信号对的两个线迹间距必须在整个线迹长度上保持一致。否则,间距变化就会引起磁场耦合不平衡,从而降低磁场消除的效果,造成 EMI 增加。

除了更大的 EMI 以外,电感间距的变化也会引起信号对差动阻抗的变化,从而造成阻抗控制传输系统的中断,进而造成破坏信号完整性的信号反射。

除了间距一致以外,两个电感均必须为相等的电气长度,以确保其信号在相同时间到达接收机输入端。图 4 显示了相等及不同长度线迹的逻辑状态改变期间一个差动对的“+”和“"”信号。

图 4 不同电气长度的线迹会引起信号间的相移,从而产生导致严重 EMI 问题的差动信号

对于相同长度的线迹而言,两个信号相等且极性相反。因此,它们的和必须为零。如果这些线迹的电气长度不同,那么较短线迹上的信号就会比较长线迹上的信号较早地改变状态。在此期间,两个线迹均驱动电流至相同方向。由于往往会作为返回通路的长线迹继续驱动电流(“早”驱动电流),因此短线迹必须找到其经由一个参考层(电源层或接地层)的返回通路。

当将两个信号相加时,该总信号在过渡相期间从零电平转移。在高频条件下,这些差动信号以大幅急剧瞬态的形式出现,其显示在接地层上,从而引起严重的 EMI 问题。

需要注意的是,“噪声”脉冲的宽度同两个信号间的相移相等,并可以被转换成一个给定频率的时间差。该时间差(也称为对内时滞)由 规定,用于 225 MHz TMDS 时钟速率 0.4 TBIT 的接收机,其将转换为 178 ps 最大值。对于一个 发送器而言,该规范要求 0.15 TBIT,以用于 225 MHz 的 TMDS 时钟速率,其将转换为66 ps最大值。

由于像素生成需要四个差动 TMDS 信号对(3 个数据信号+1 个时钟信号)的同步传输,因此其必须在相同时间到达接收机。理想情况下,所有四个信号对应该为相等的电气长度,以保证零时间差。但是,对一个 0.2 TCHARACTER + 1.78 ns 的接收机而言, 允许一个最大的对间时滞 (信号对之间的时间差),从而会产生总计2.67 ns 的时间,以用于 225 MHz 的 TMDS 时钟。对一个 HDMI 发送器而言,该规范要求产生 888ps 的 0.2 TCHARACTER。



关键词: HDMI HDTV 接收机 高速PCB

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