医疗产品HDMI接口时钟辐射问题

一   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：   

由于接口存在对外高频时钟差分信号，HDMI的辐射问题经常让人头疼。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。   

二   案例背景   

   产品是一个医疗移动操作台设备，HDMI信号链路如下所示，主机HDMI输出接口再通过防水连接转接头，再接到外部的LCD显示屏，这种应用在医疗系统里非常常见。  

三   整改过程与分析   

超标的频点有148.5MHz、297MHz、445MHz、594MHz、742.5MHz、891MHz刚好都是148.5MHz频点的倍频，超标达到15dB，非常高。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：   

整改措施：  

         对于HDMI2.0辐射问题，一般从PCB布线阻抗控制改善，电路上有共模电感和TVS如下图单板，电路设计比较成熟了行业里基本上HDMI接口电路都采用这种设计，共模电感一般预留设计，这里我们将差分时钟上的共模电感上件，但效果很有限，为什么呢？这里分析是因为HDMI接口的辐射是因为其中有一对为差分时钟，对外的辐射有很大一部分能量是差模辐射引超，所以共模电感效果有限，同时HDMI2.0速率达到18GHZ，因此电容不能加太大5PF左右，以减少时钟高次谐波辐射，因为目前超标太多，此手段有降低效果但还不够。   

第二， 我们注意到所用到的防水连接器长这样。但这个连接器里面拆开是这样的，金属外壳其实并不是一体的，这里会影响屏蔽的连续性。  

对于HDMI连接器行业里还有种带弹片可锁的连接器，以使连接器和机箱面板能够可靠搭接，如下图所示。这种有时候能极大改善单板内的共模噪声耦合到线缆辐射出来。  

 通过转接头后就是HDMI线缆，线缆做为EMI辐射的天线，屏蔽是相当重要的，HDMI线缆性能的好坏，可以从这几块来看。  

这里我们选用 医疗HDMI双屏蔽铠装电缆(型号JGhdmi101) 这款线缆。再进行测试，测试结果如下图：  

 可以看到，148.5MHz及谐波频点基本没有了，降幅达到20dB。   

四   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。本次案例中主要通过电缆进行改进的经验总结如下。   

1、PCB走线阻抗要连续100欧姆差分阻抗，换层少于两次；   

2、HDMI 差分线上共模电感对辐射抑制效果很有限，可以不加。差分时钟上可以预约电容和电阻来调整阻抗和时钟信号谐波分量；   

3、好的HDMI电缆(型号JGhdmi101)效果非常好可以降低20dB以上，减少单板和结构屏蔽上的成本投入；   

4、HDMI电缆整个链路都要保持较好的屏蔽性能；