HDMI是一种数字信号接口(图1)，能传输没有经过压缩的视频和声音差分信号。HDMI有许多优点，比如传输信号质量好、布线简单、可传输高清信号。然而，HDMI传输的原始数据的频率较高，包括1080i显示格式的371.25MHz和1080p显示格式的742.5MHz。因此，与高清低速传输接口相比，使用HDMI必须更加注意保证信号的质量，这使抑制高频噪声变得十分必要。

 

噪声抑制的方法

 

HDMI传输差分信号(D+和D-)，差分信号的电流按相反方向流动，这将产生相反方向的磁场，因此在理想状态下能有效消除差模噪声。但如果信号线耦合了共模噪声，则共模电流产生的磁场将得到加强，从而导致严重的噪声干扰(图2)。

 

 

 

为消除这种噪声并不影响差分信号，HDMI必须使用一种静噪滤波器。共模扼流圈正是满足这种需求的产品。共模扼流圈由两个共磁芯的电感组成。当两个不同方向的电流流过共模扼流圈时，两个线圈产生方向相反的磁场，磁场相互抵消，因此线圈两端表现出零阻抗。但当共模电流流过扼流圈时，两个线圈会产生方向相反的磁场，磁场相互加强，因此线圈两端表现出高阻抗。正是由于具有这种特性，共模扼流圈能显著减少噪声(图3)。

 

 

图4给出了利用共模扼流圈抑制HDMI噪声的效果，这里采用1080p信号波形。可以发现，使用共模扼流圈前后的信号波形几乎是一样的。图5是使用模扼流圈前后的发射噪声对比图，当没有使用共模扼流圈时，噪声大约为60dBuV/m，而当采用共模扼流圈后，发射噪声减少了大约15dBuV/m。

 

 

应用注意事项

 

1. 共模扼流圈的选择

 

理论上讲，共模扼流圈不会影响差分信号，但在某些情况下会导致信号损耗(图6)，因为传输线的特性阻抗和共模扼流圈的镜像阻抗在高频时存在差异。因此，诸如HDMI的高速差分信号线要求共模扼流圈具备良好的传输特性。

 

 

 

2. 阻抗失配

 

静电保护元件被普遍用在HDMI应用中，以保护IC不受静电破坏。众所周知的压敏电阻和肖特基二极管具备此功能。当电路使用这些元件时，制造商会采用多种办法避免因电容值变化而引起的阻抗值下降问题。

 

但某些情况下存在由于其它原因造成的阻抗下降或阻抗失配，其中一个原因是电路板上连接器的焊盘或其它元件的焊盘面积不适合。与走线的阻抗匹配相比，焊盘面积的阻抗匹配更容易被忽视，从而导致信号失真(图7)。

 

 

3. 信号线长度

 

由于1080p的原始数据信号频率是742.5MHz，所以有必要在特性阻抗不匹配的情况下考虑信号线长度。当传输高频信号时，电路板走线等效为电阻，使信号频谱出现衰减，波形出现失真(如图8所示)。

 

 

图9给出了信号线长度和静电保护元件电容值的不同组合情况下的测试结果。结果表明，信号线长度最长最好不超过4cm，静电保护元件的电容值不超过1.2pF。

 

 

图10是1080p发送侧的波形测试(电测试，通过或不通过)结果总表。在这个FR-4基板上安装了村田电子的薄膜共模扼流圈和电容值为1.0pF的压敏电阻，PCB走线长度为3cm。测试波形如图10所示，这样的波形是可以接受的。

 

 

绕线型共模扼流圈一般被用作HDMI噪声抑制元件。随着贴装密度逐步提高，市场逐步转向尺寸更小的共模扼流圈和共模扼流圈阵列。如今，0804和0504两种规格的小尺寸薄膜型共模扼流圈已经可以使用了。预计未来对小尺寸的阵列型共模扼流圈的需求将增加，以提供高效的噪声抑制功能。

 

 

本文小结

 

本文讨论了利用共模扼流圈进行HDMI接口的噪声抑制的方法，以及相关外围电路的使用注意事项。希望这些讨论能为实现抑制噪声提供帮助，毕竟，更高频率的HDMI已成为现实。

 

作者：东贵博、田中宽司

村田制作所EMI事业部

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