HDMI设计指南.doc

. 引言针对使用 HDMI 多路复用中继器的用户,本文提供了如何通过精心设计印刷电路板(PCB) 来实现器件全部性能最优化的设计指导。我们将对高速 PCB 设计的一些主要方面的重要概念进行解释,并给出一些建议。本文涵盖了层堆栈、差动线迹、受控阻抗传输线、非连续性、布线指南、参考平面、过孔以及去耦电容器等内容。层堆栈 HDMI 多路复用中继器的外引脚是专门针对 HDTV 接收机电路中的设计(见图 1)而量身定制的。封装的每一侧都提供了一个 HDMI 端口,具有四个差动 TMDS 信号对,从而实现三个输入端口和一个输出端口。剩余信号由电源轨、 Vcc 和接地以及低速信号(例如: I2C 接口、热插拔和多路复用选择器引脚)组成。完成一个低 EMI PCB 设计最少需要四层堆栈(见图 2)。层堆栈应按照下列顺序(自上而下): TMDS 信号层,接线层,电源层和控制信号层。图2建议在一个接收机 PCB 设计中使用 4或6层堆栈。在顶层上对高速 TMDS 线迹布线可以避免使用过孔(及其电感),并且允许从 HDMI 连接器至中继器输入以及从中继器输出至后续接收机电路的干净互联(clean interconnect) 。在高速信号层的下面放置一个坚实的接地层,这样就可以为传输线路互联建立一个受控阻抗, 并为返回电流提供一个优异的低电感通路。在紧挨接地层的下方放置电源层可以创建额外的高频旁路电容。在底层布线低速控制信号可实现更大的灵活性,因为这些信号链通常拥有允许非连续性(如过孔)的裕度。如果需要一个额外电源电压层或信号层,那么就应添加一个二级电源层/接地层系统至该堆栈, 以使其保持对称。这样就可以使堆栈保持机械稳定,并防止其变形。每个电源系统的电源层和接地层均可以被紧密地放置在一起,从而大大增加高频旁路电容。差动线迹. HDMI 使用转换最小化差分信令(TMDS) ,用于传输高速串行数据。差分信令为单端信令带来了极大的好处。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接收机放大,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接收机输入端上。具有差动输入的接收机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。