如何有效解决HDMI时钟辐射问题

原创 韬略科技EMC 2023-09-12 11:56

前言

HDMI,即高清多媒体接口,是一种全数字化视频和声音发送接口,支持同时发送音频和视频信号,具有非常广泛的应用,现在的多媒体显示器,包括电视,机顶盒,笔记本以及投影仪等都有HDMI接口。
HDMI采用的是差分传动技术TMDS,由三组TMDS通道和一组TMDS clock通道组成,传输数据的数值("0"或者"1")由两脚间电压正负极性和大小决定,如下图所示:

由于存在高频时钟信号,HDMI的辐射问题经常让人头秃。下面让小编通过一个案例分享如何有效解决HDMI时钟辐射问题。

案例背景

收到一个客户整改需求,产品是一个HDMI接口的LCD显示屏,主控板和显示屏驱动电路是分开设计的,由主控芯片输出HDMI信号,在端口处串联小电容输出,再通过接口连接到显示屏主板。实验室测试时出现频点742.5MHz超了7dB,电路简要架构如下:

整改过程与分析

超标的频点742.5MHz刚好是148.5MHz频点的5倍频,通过频谱仪的近场扫描也可以发现,在接口以及显示屏这边的HDMI信号走线处,有明显的148.5MHz频点及其倍频的时钟单支。

整改前测试数据如下:

通过实验室复测,可以测到接近148.5MHz、594MHz以及742.5MHz频率点,其中742.5MHz频点超了1.65个dB,考虑到试验场地以及客户已经做过整改,数据会存在一些差异。

整改措施1:时钟展频

对于高频时钟辐射问题,考虑时钟展频处理是最有效便捷的方式,可以实现直接在时钟源头处降低噪声强度。目前常见的展频方式可分为软件展频和硬件展频,软件展频需要看芯片是否支持,硬件展频是通过对芯片主时钟进行展频处理后传输给芯片,之后芯片输出的时钟信号都为展频后时钟。

对主IC进行展频处理,时钟频率25MHz,展频宽度±0.25%,如下图:

展频处理后测试数据如下:

通过对主IC进行展频之后,频点724.5MHz已经有4.48个余量,前后改善了6个dB左右。

整改措施2:小电容滤波

常用的EMC措施有屏蔽、接地和滤波,通过频谱大致锁定辐射较强的位置为信号线,所以考虑在信号线上进行滤波处理。选取小电容滤波需要考虑电容的不同频率特性,下面是村田官网5pF和10pF小电容的插损曲线:

由于空间有限,没办法对单根信号线单独滤波,所以在HDMI信号线对之间各加一个小电容进行差模滤波,这里加的是10pF电容,措施和实测数据如下:

可以看到,742.5MHz频点基本没有了,说明在差分对之间增加小电容滤波确实有效。

总结

针对HDMI时钟辐射问题,好的layout是关键,后期整改主要起到查漏补缺的效果。本次案例中用到的整改方案为时钟展频加小电容滤波,仅供参考。不同产品必然需要根据实际进行分析处理,针对时钟问题可供参考的经验总结如下。

高频时钟及其倍频容易出现以下几个问题:

①通过信号本身PCB走线或信号环路形成对外辐射的天线;

②串扰到靠近时钟线的走线;

③耦合到排线,排线又是时钟辐射的良好天线;

④时钟信号在芯片内部串扰到其他引脚,导致芯片IO引脚都带有高频信号噪声,无法锁定主要辐射路径。


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