串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响

    李波 董志敏 屈原等

    摘 要：本文以TMDS差分传输线为研究对象，针对高速数字电路设计中串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响，使用Hyperlynx软件通过仿真研究信号完整性问题。最后分析发现对间间距的对称可以减小串扰对传输信号的影响。

    关键词：串扰;HDMI;信号完整性

    1 引言

    高清晰度多媒体接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）的出现实现了数字信号的完整性（SI，Signal Integrity）。随着高速数字电路的时钟频率不断提高，信号的边沿变得越来越陡峭，信号完整性问题也越来越突出，高速数字PCB 板设计就越来越成为高速数字系统设计实现的瓶颈[1]。在设计高速电路板时，如果信号完整性存在问题，不严重的情况下会使系统的性能下降，严重的会使系统报废。因此，信号完整性问题已是设计高速电路板时亟待解决的问题。现在高速PCB设计主要对数字信号的完整性进行仿真，然后根据仿真结果再完善高速PCB的设计。在高速数字电路中主要涉及的信号完整性问题是反射和串扰[2]。

    在信号完整性研究方面已有一些成果，蔡国发、章杰研等究了差分对信号完整性的分析[3]，黄菁和杜田对高速电路信号完整性设计中时序错误和串扰进行分析研究[4]。本文主要考虑串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响。该论文的其余部分组织如下：第二部分给出了串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响测试原理;第三部分是仿真分析串扰对HDMI高速传输线的信号完整性的影响;第四部分对论文进行小结。

    2 串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响测试原理

    串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响测试原理图由三组TMDS差分传输线组成，如图1所示。用两个单端的信号驱动作为受害差分对，串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响主要研究当受害差分对在保持低电平时，串扰对HDMI高速传输线的信号完整性的影響。然后讨论以下两种情况串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响：一是入侵信号同向，二是入侵信号反向，这两种情况下对应的对间间距的对称和不对称的情况。

    3 串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响仿真分析

    串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响，以入侵信号反向为例，仿真分析对间间距对称和不对称两种情况，接下来对这两种情况进行仿真分析。

    （1）以入侵信号反向对间间距对称。HDMI高速传输线传输线参数设置：Trace-to-trace separation = 12 mils，三对差分探头设置是：第一对探头+R4.2，-R3.2，第二对差分探头 +R6.2，-R5.2，第三对差分探头+R8.2，-R7.2，仿真结果如图2所示，测得串扰为5.3mV。

    （2）以入侵信号反向对间间距不对称。HDMI高速传输线传输线参数设置为：Left Trace-to-trace separation=40 mils，三对差分探头设置和其他参数都不变，仿真结果如图3所示，测得串扰的为61.9mV。

    由图1和图2可知，对间间距对称时串扰较小，随着对间间距的增加，串扰又会如何变化，接下来仿真研究。增加TL9和TL14到40 mil的距离为40mils，TL11和TL16至40 mil，设置TL9，TL11 RightTrace-to-trace separation=40mils。其他参数不变，在对间间距对称的情况下，仿真图如图4所示。

    测得的串扰为1.8mV。可以初步估计出来对称布线和扩大线间距可以有效的抑制串扰。为了寻找规律，经过很多次仿真可以得出如下结论：对间间距是对内间距的3.5倍左右时，对串扰抑制作用效果最明显。当对内间距固定为时，随着对间间距的增加，串扰越来越小，在对间间距是对内间距的3.5倍左右时，对串扰的抑制作用效果最明显。

    4 结论

    本文通过Hperlynx软件进行仿真研究串扰对HDMI高速传输线的信号完整性影响，经过多组仿真实验，得出以下结论：对间间距的对称可以减小串扰对传输信号的影响，并且在对间间距是对内间距的3.5倍左右倍为宜，对串扰抑制作用效果最明显。

    参考文献：

    [1]Eric Bogatin（著），李玉山，李丽平（译）.信号完整性分析[M].北京： 电子工业出版社，2005.

    [2]莫建强.高速数字电路中的信号完整性分析[J].电子测试，2011（09）.

    [3]蔡国发，章杰，林培杰等.差分对信号完整性的分析[J].电子测量技术.2012（35）.

    [4]黄菁，杜田.基于信号完整性分析的高速电路设计[J].仪表技术，2012（06）.