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1、問題的由來

一臺設(shè)備在輸入 HDMI 信號時測試輻射特性自然條件，主要是 HDMI 的 CLK 頻率及其倍頻的輻射強(qiáng)度易超標(biāo)設計標準，有時換一條 HDMI 線纜或者換一臺作為信源的 PC 后，被測機(jī)器的測試結(jié)果也會有數(shù) dB 甚至十多 dB 的變化力量，一時讓很多硬件工程師頭疼不已我有所應。

2、問題的分析

造成 HDMI 輻射超標(biāo)的原因有多種可能深入實施，就不一一分析了至關重要，這里只重點談?wù)勁c差分線傳輸線長度差有關(guān)的問題。

理想情況下效果，差分信號是正負(fù)對稱的有所應，其共模份量為零或者只有直流份量，如圖 1 所示合作關系。如果差分線的正負(fù)傳輸線長度不等著力提升，造成傳輸時間不一致深刻內涵，實際上就是信號在時間軸上的不對稱，在終端負(fù)載電阻上就能觀察到圖 2 所示的波形融合。

顯然此時的正負(fù)波形不能嚴(yán)格對稱深入闡釋，差分電路中的正負(fù)電流無法抵消，于是其電源中就有共模電流份量在流動完成的事情。

研究過 EMI 的人都知道物聯與互聯，共模輻射是最難對付的。

圖 1

圖 2

差分信號轉(zhuǎn)共模信號的現(xiàn)象改造層面，在李玉山教授翻譯的 Bogatin 的《信號完整性》一書中第 11.15 章和 11.16 章中對此有詳細(xì)的解釋供給。

書中給出的指導(dǎo)原則是差分線的長度偏差必須在上升沿空間拓展的 20%以內(nèi)，如果上升時間是 100ps經驗分享，那么長度差應(yīng)該控制在 100mil 以內(nèi)（以 FR4 材質(zhì)的 PCB 為例）解決方案，否則會引起 EMI 問題。

3不難發現、用實驗來驗證

讓我們先用實驗來驗證一下上面的分析貢獻法治，看看能否能證實這個推斷。

實際測量一下差分信號發展需要，如圖 3 所示攻堅克難，圖中最下面一條圖形為共模電壓份量，很明顯在波形正負(fù)邊沿交叉的時候的確有脈沖輸出顯示。

圖 3

我們隨機(jī)選取了 10 條 HDMI 線雙向互動，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了每條線的 CLK 差分線的時延差，因為時延差直接反映了正負(fù)傳輸線的長度差設計能力，10 條線的時延差如表 1 中所示助力各業。

表 1

接下來，分別選兩臺 EMI 測量用 PC 作為 HDMI 信源提供有力支撐，接上負(fù)載應用，然后測量每條線所產(chǎn)生的共模電壓的峰峰值，如表 2 中所示品率，將它們繪制在圖 4 中相貫通。

表 2

從圖 4 中，我們可以看到直觀的看到：只要時延差（橫軸表示）大的積極影響，無論是正值還是負(fù)值自動化方案，其共模電壓幅度（縱軸表示）均較高，且兩臺電腦呈現(xiàn)相同的趨勢越來越重要。這就是說時延差大的線上線下，也就差分線長度匹配差異越大，產(chǎn)生的共模電壓越高醒悟。

圖 4

在隨后的輻射測試中數據顯示，保持測試電腦（PC1）及被測機(jī)器不變高質量，依次更換 10 條 HDMI 線，其結(jié)果印證了我們的預(yù)計達到，數(shù)據(jù)詳見表 3智能設備。

為了圖形的清晰不可缺少，選擇共模電壓最小蓬勃發展、中間、最大的 8#積極回應、4#重要性、0#這 3 條線的測試數(shù)據(jù)用圖形表示，如圖 6 所示多種場景。

0#線時延差最大多元化服務體系，輻射也最大；8#線時延差最小擴大公共數據，輻射也最小深度。

絕大部分頻率點上的輻射特性強(qiáng)弱與共模電壓大小幾乎都有直接的對應(yīng)關(guān)系。

表 3

圖 6

以上實驗說明差分線長度的不匹配程度越大核心技術體系，共模輻射也越大開拓創新，也就解釋了換用不同的 HDMI 線其輻射測試結(jié)果相差甚遠(yuǎn)的原因。

4必然趨勢、關(guān)于眼圖的 X 軸抖動

通過前面的分析主動性，我們自然會聯(lián)想到信號在時間軸上的不對稱一定會影響眼圖的質(zhì)量，如 X 軸上的抖動范圍會更大發展的關鍵，因為差分信號的邊沿更容易觸碰模板了道路，如圖 7 所示。

圖 7

需要注意的是真諦所在，長度匹配是指芯片到芯片（即差分信號發(fā)送端到接收端）之間的鏈路指導，并不是對 PCB 走線的單一要求。

經(jīng)與 IC 供應(yīng)商了解后發(fā)現(xiàn)充分，其內(nèi)部的差分線金線的長度差有時可以達(dá)到 40-60mil 這樣的數(shù)值進一步完善，顯然是不能被忽略的。

在芯片供應(yīng)商提供了 IC 內(nèi)部每條差分線金線的長度后優化服務策略，要求 PCB 工程師根據(jù)此數(shù)據(jù)將差分走線的進(jìn)行長度匹配關規定，總偏差控制在 10-20mil（注意：是同一對差分線的正負(fù)線長度差，不是差分對與差分對的長度差）兩個角度入手。

某產(chǎn)品在僅僅改善了差分線的長度匹配之后建強保護，眼圖測試中觸碰模板的數(shù)量便大幅度得到改善，如表 4 所示生產效率，水平軸上的抖動也從 148ps 降低到 122ps使命責任，確定性抖動與總抖動也有不同程度的下降效果，如圖 8 所示。

表 4

圖 8

5合規意識、小 結(jié)

差分電路的好處是在于對稱密度增加，包括傳輸線的長度對稱，倘若做不到創新內容，差分信號轉(zhuǎn)共模信號后會帶來 EMI 和眼圖等問題機遇與挑戰。上升沿速度越快，對差分長度匹配要求越高善於監督。

對于在 PCB 板上的差分傳輸線集成技術，必須考慮差分芯片收發(fā)整個鏈路的長度差，這一點在設(shè)計中常常被忽略更合理。

信號上升沿在 100ps 級別時適應能力，筆者認(rèn)為 Bogatin 提出的 100mil 匹配要求（FR4 材質(zhì) PCB）對于 EMI 來說還是有很大風(fēng)險的，差分線的長度匹配控制在 10-20mil 以內(nèi)比較穩(wěn)妥各方面。

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