串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響

李波 董志敏 屈原等

摘 要：本文以TMDS差分傳輸線為研究對象，針對高速數字電路設計中串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響，使用Hyperlynx軟件通過仿真研究信號完整性問題。最后分析發現對間間距的對稱可以減小串擾對傳輸信號的影響。

關鍵詞：串擾;HDMI;信號完整性

1 引言

高清晰度多媒體接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）的出現實現了數字信號的完整性（SI，Signal Integrity）。隨著高速數字電路的時鐘頻率不斷提高，信號的邊沿變得越來越陡峭，信號完整性問題也越來越突出，高速數字PCB 板設計就越來越成為高速數字系統設計實現的瓶頸[1]。在設計高速電路板時，如果信號完整性存在問題，不嚴重的情況下會使系統的性能下降，嚴重的會使系統報廢。因此，信號完整性問題已是設計高速電路板時亟待解決的問題。現在高速PCB設計主要對數字信號的完整性進行仿真，然后根據仿真結果再完善高速PCB的設計。在高速數字電路中主要涉及的信號完整性問題是反射和串擾[2]。

在信號完整性研究方面已有一些成果，蔡國發、章杰研等究了差分對信號完整性的分析[3]，黃菁和杜田對高速電路信號完整性設計中時序錯誤和串擾進行分析研究[4]。本文主要考慮串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響。該論文的其余部分組織如下：第二部分給出了串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響測試原理;第三部分是仿真分析串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性的影響;第四部分對論文進行小結。

2 串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響測試原理

串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響測試原理圖由三組TMDS差分傳輸線組成，如圖1所示。用兩個單端的信號驅動作為受害差分對，串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響主要研究當受害差分對在保持低電平時，串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性的影響。然后討論以下兩種情況串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響：一是入侵信號同向，二是入侵信號反向，這兩種情況下對應的對間間距的對稱和不對稱的情況。

3 串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響仿真分析

串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響，以入侵信號反向為例，仿真分析對間間距對稱和不對稱兩種情況，接下來對這兩種情況進行仿真分析。

（1）以入侵信號反向對間間距對稱。HDMI高速傳輸線傳輸線參數設置：Trace-to-trace separation = 12 mils，三對差分探頭設置是：第一對探頭+R4.2，-R3.2，第二對差分探頭 +R6.2，-R5.2，第三對差分探頭+R8.2，-R7.2，仿真結果如圖2所示，測得串擾為5.3mV。

（2）以入侵信號反向對間間距不對稱。HDMI高速傳輸線傳輸線參數設置為：Left Trace-to-trace separation=40 mils，三對差分探頭設置和其他參數都不變，仿真結果如圖3所示，測得串擾的為61.9mV。

由圖1和圖2可知，對間間距對稱時串擾較小，隨著對間間距的增加，串擾又會如何變化，接下來仿真研究。增加TL9和TL14到40 mil的距離為40mils，TL11和TL16至40 mil，設置TL9，TL11 RightTrace-to-trace separation=40mils。其他參數不變，在對間間距對稱的情況下，仿真圖如圖4所示。

測得的串擾為1.8mV。可以初步估計出來對稱布線和擴大線間距可以有效的抑制串擾。為了尋找規律，經過很多次仿真可以得出如下結論：對間間距是對內間距的3.5倍左右時，對串擾抑制作用效果最明顯。當對內間距固定為時，隨著對間間距的增加，串擾越來越小，在對間間距是對內間距的3.5倍左右時，對串擾的抑制作用效果最明顯。

4 結論

本文通過Hperlynx軟件進行仿真研究串擾對HDMI高速傳輸線的信號完整性影響，經過多組仿真實驗，得出以下結論：對間間距的對稱可以減小串擾對傳輸信號的影響，并且在對間間距是對內間距的3.5倍左右倍為宜，對串擾抑制作用效果最明顯。

參考文獻：

[1]Eric Bogatin（著），李玉山，李麗平（譯）.信號完整性分析[M].北京： 電子工業出版社，2005.

[2]莫建強.高速數字電路中的信號完整性分析[J].電子測試，2011（09）.

[3]蔡國發，章杰，林培杰等.差分對信號完整性的分析[J].電子測量技術.2012（35）.

[4]黃菁，杜田.基于信號完整性分析的高速電路設計[J].儀表技術，2012（06）.