关于HDMI 接口的 PCB布局布线要点设计

Kivy · 发表于 2018-8-6 11:44:26

1、定义
HDMI 的全称是“ High Definition Multimedia ”，即：高清多媒体接口。HDMI 在引脚上和 DVI 兼容，只是采用了不同的封装。与 DVI 相比。HDMI 可以传输数字音频信号，并增加了对 HDCP 的支持，同时提供了更好的 DDC 可选功能。HDMI 最远可传输 15 米，足以应付一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号。HDM1 支持 EDID 、DDC2B ，因此 HDMI 的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频倍频格式。一对时钟差分，三对数据传输差分。
图片1.png

2、走线设计要求
尽可能使HDMI连接器和器件之间的电气长度保持最短，从而使衰减最小化。为了使差分信号正常传输，一个差分对的两走线间距必须在整个走线轨迹上上保持一致。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。推荐线宽间距比为1:1<W:S<1：2。因为不同电气长度的走线会引起信号之间的相移，也会导致严重EMI，理想情况下，四对差分走线走线长度应该相等，保证信号传输的时序匹配。下图显示了相等及不同长度走线的逻辑状态。
QQ截图20180806113923.png

四队差分走线对内误差最好做到 5mil 范围之内，对与对的差分误差最好控制在 10mil 范围之内。同时，对与对之间的间距要求做到 15mil，空间准许的情况下尽量拉开，减小串扰。等长修正方式：

a、在差分走线终点不匹配的地方进行绕线。

b、差分等长绕线 Gap 宽度满足 4W，A 的长度为线宽的 3 倍。

C、邻近 GND 层走线，空间足够的情况下进行包地处理。包地线离差分线间距满足差分线宽的 3 倍（中心到中心），铺铜离差分线 20mil。

信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。

3、阻抗设计要求

差分阻抗控制为 100 欧姆（+/-10%），单端走线控制 50 欧姆。

pcb设计的目的在于尽可能将非连续性阻抗最小化，从而消除反射并保持信号完整。剩下的不可避免的非连续性应集中在一起，也就是说将这一区域的面积应保持较小，并尽可能的紧密放置。这一想法就是将各个反射点集中在某个区域，而不是将其分布在整个信号路径里（具体可见等长修正方式）。

可能发生非连续性的位置为：

A、HDMI连接器焊盘同信号线迹相遇处；

B、信号线迹碰到过孔、电阻器组件盘或 IC 引脚处；

C、信号对被分离以围绕一个物体布线的地方；

信号线的匹配电阻起防 ESD 作用和微调阻抗用途，通常靠近插座放置，但是两个电阻必须是并排放置，不要一前一后。

使用坚实的电源层和接地层来实现 100Ω 阻抗控制，以及电源噪声最小化。即差分走线下面应该是完整的参考平面，尽量避免跨分割的情况出现。

尽可能使用尺寸最小的信号线过孔和HDMI连接器焊盘，因为其对 100 差动阻抗产生的影响较小。较大的过孔和焊盘可能会导致阻抗下降。推荐使用过孔8mil/16mil,或者8mil/18mil。

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