【干货分享】HDMI2.1的降噪措施

周日, 28 六月 2020 - 15:11

1. 前言

HDMI是一种差动数字接口，为传输数字影像与语音而设计，主要运用于AV市场。HDMI2.1对传统的HDMI2.0进行了扩展，速度是以前的两倍。
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Enhance picture quality
<img alt="Enhance picture quality" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="10935411-89ee-467b-96f8-64267f4f8ce5" src="/sites/default/files/inline-images/2_102.png" />
Background

HDMI2.1的最大数据传输量是传统HDMI2.0的大约2.7倍，而每个通道的最大信号传输速度则高达2倍。

此外，HDMI2.0由3条数据线和时钟线构成，而HDMI2.1没有时钟线，数据线则增加到4个通道。
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这样，HDMI2.1可比传统HDMI2.0的信号传输更高速，因此在采取降噪措施时，需要注意不要损坏信号质量。

HDMI通信可能会存在以下两种噪声问题。

辐射噪声①：HDMI产生的噪声在设备内部干扰Wi-Fi天线，导致Wi-Fi通信灵敏度降低 (内部系统EMC)

辐射噪声②：HDMI设备或电缆产生噪声　(辐射)

此处我们将着重就辐射噪声①的内部系统EMC来研究降噪措施。
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2. HDMI2.1的降噪措施

如将普通的噪声滤波器用于类似HDMI的高速差动信号线，则会造成信号质量变差，从而导致无法很好地传输信号，因此最好使用共模扼流圈（CMCC）。由于HDMI的信号速度快，因此请选择更适合高速信号的CMCC。

将CMCC安装在HDMI的Source一侧IC输出管脚附近和Sink一侧连接器附近。可通过安装在Source一侧IC附近的CMCC来抑制由Source一侧的Transmission IC产生的共模噪声，从而防止共模噪声传播至Sink一侧。

可通过Sink一侧的CMCC来抑制由Sink设备的HDMI信号线产生的共模噪声，从而防止共模噪声耦合到Wi-Fi天线。
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HDMI2.1降噪建议使用CMCC

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<a href="https://www.murata.com/zh-cn/search/productsearch?partno=DLM0QSB120HY2%… />
（共模阻抗高，具有良好的降噪效果）

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<a href="https://www.murata.com/zh-cn/search/productsearch?partno=NFG0QHB542HS2%… />
（对信号的影响极小）

内部系统EMC措施

首先，通过HDMI通信确认了对Wi-Fi造成的影响程度。开始HDMI2.1通信后，确认了Wi-Fi的接收灵敏度在2.4GHz频段、5GHz频段下降了6-10dB。如果确认实际侵入Wi-Fi的噪声，会发现2.4GHz频段和5GHz频段重叠。

<ul>
<li>Wi-Fi Receiver sensitivity</li>
</ul>
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Evaluation of Intra-EMC

安装CMCC（DLM0NSB120HY2）可改善3-4dB。

<ul>
<li>Wi-Fi Receiver sensitivity</li>
</ul>
<img alt="Wi-Fi Receiver sensitivity" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="37996140-cd3d-4e40-882c-c498fc877eaa" src="/sites/default/files/inline-images/10_32.png" />
3. 辐射噪音的降噪措施

接下来对辐射噪音的降噪措施进行了调查。

首先，确认了HDMI2.0和HDMI2.1的噪声谱之间所存在的差异程度。

<ul>
<li>传统HDMI2.0的辐射噪声</li>
</ul>

→在1GHz～3GHz的频段中产生broad噪声

<ul>
<li>HDMI2.1的辐射噪声</li>
</ul>

→在1GHz～6GHz的频段中产生噪声

可知HDMI2.1产生噪声的频率更高。
<img alt="频率" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d8985f56-672a-4371-9f70-77e1da7d1a4e" src="/sites/default/files/inline-images/11_36.png" />
CMCC的辐射噪声降噪措施结果

在Source一侧安装CMCC(DLM0NSB120HY2)可消除HDMI2.1的噪声。

另外，虽然使用CMCC后还会存在残留的辐射噪声，但这多数是另外搭载在Source一侧设备电路板上的DRAM产生的辐射噪声。
<img alt="HDMI2.1的噪声" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="67af5893-0e34-42a7-beab-a9b0dd3bfb5e" src="/sites/default/files/inline-images/12_29.png" />
对信号质量的影响确认

HDMI2.1眼图遮罩测试显示，CMCC使用前后的信号波形相同。
<img alt="HDMI2.1眼图遮罩测试显示" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f00e15e9-6b8b-4a46-9b46-510bf73e3d82" src="/sites/default/files/inline-images/13_24.png" />
使用CMCC，AC共模噪声下降了47%。

4. 总结

Wi-Fi 接收灵敏度下降措施 
HDMI2.1通信时存在Wi-Fi接收灵敏度下降的问题，但使用CMCC后得以改善。

辐射噪声降噪措施（噪声发射改善措施） 
HDMI2.1会在1GHz到6GHz的范围内产生辐射噪声，但使用CMCC后得以改善。

对信号波形的影响 
即使安装了CMCC，也未对眼图遮罩测试产生影响。 
使用CMCC后，AC共模电压得以降低。

本次介绍的CMCC

HDMI2.1降噪建议使用CMCC

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（共模阻抗高，具有良好的降噪效果）

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（对信号的影响极小）