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简介
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简介
HDMI 规范文件里面规定其差分线阻抗要求控制在 100Ω ±15%其中 Rev.1.3a 里面规定相对放宽了一些容忍阻抗失控在 100Ω ±25%范围内不要超过 250ps。 通常在 PCB 设计时注意控制走线时的阻抗控制往往可以做到很好的匹配。 对于通常的聚酯胶片 PCB 来说传输线的长度和微带线 Stub 效应是需要考虑的 在本设计指南里面主要是针对 4 层的 10802116 聚酯胶片 PCB 进行相关的阻抗 匹配控制。
聚酯胶片 PCB 的选择
尽管对于 PC 主板来说高精度的 2116 材质 FR4 的 4 层 PCB 是主流但是如果需 要进行精确的阻抗控制则其费用也是不菲的。因而对于 HDMI 应用来说不推 荐采用此板材取而代之的是采用中等精度的 10802116 板材或者是低精度的 21167628 板材。对于不同的板材走线宽带和间距必须做出相应的调整使其 做的阻抗匹配。下面列出了 PCB 叠层相关的尺寸。 表 1推荐的 PCB 聚酯胶片板材
通常PCB 厂家能够将线宽和线距控制在±1-mil然而对于 HDMI 连接器、IC 器件等附近区域最好能够控制在±0.5mil以减少偏移。
推荐走线长度
为了防止信号反射信号线的长度不允许超过下面两个约束条件所计算出的走线 长度。
小于信号波长(λ )的 1/16信号波长与信号频率之间的关系由以下公式 来确定。 这里ε R 4.3 ~ 4.7对于 FR4 材质μ R ~ 1 比如对于运行于 FR4 板材信号频率为 1.25GHz其走线长度计算结果 如下 推荐长度 (1/16)λ ≅ 280 mil信号上升沿的 1/3 长度其长度 l 定义为
这里 l 为信号上升沿的长度单位 inch Tr 为信号上升沿时间单位 ps D 为信号延时单位为 ps/inch 对于 FR4 板材其延时为 180ps/inch对于 HDMI 信号Tr 为 200ps其 计算结果不能超过 370 mil即 推荐长度 如果信号线太长的话那么最好将线宽和线距加大以后线宽和线距加大后其 阻抗连续性更容易控制。详细的线宽和线距的选择请参考表 1.
微带线 Stub 效应
stub 将会给 PCB 走线增加电抗并且减少走线的阻抗对于 HDMI 走线存在任 何的 stub 都是不完美的。如果一个 open stub 是 1/2 波长则其就等效于走线 上的一个对地电容。而如果 short stub 是 1/2 波长其相对于在一个走线上加 上一个电感。 如果 stub 是不可避免的话那么必须将其控制在信号上升沿的 1/6。经验告诉 我们对于 200-ps 的 HDMI 信号stub 的长度不允许超过 1/6 × 200ps 33ps。
焊盘和过孔相关补偿
焊盘和过孔往往造成走线的不连续性其结果使得走线阻抗降低。在器件下面的 低平面挖出适当的孔其有助于减少焊盘或过孔与地平面之间的电容从而有利 于补偿走线的阻抗损失。挖出空白尺寸的大小参考 Section(A)里面的(i)-(iv)。
HDMI 连接器焊盘之间也许会相互影响为了达到相应的阻抗并建立合理的信 号路径其参考平面HDMI 连接器推荐的地平面如 Section(A)里面的(v)。 Section(B)是推荐的案例。
Section(A)地平面推荐的挖空尺寸
下面的案例基于 10802116 的聚酯胶片差分线线宽为 8.0mil线距为 9.3mil。 其相关地平面的挖空尺寸如下。
(i)ESD 或者上拉 0603 电阻焊盘下面挖空情况 图 3.ESD 或者上拉 0603 电阻焊盘下面挖空情况 (ii)ESD 或者上拉 0402 电阻焊盘下面挖空情况 图 4.ESD 或者上拉 0402 电阻焊盘下面挖空情况 (iii)HDMI 相关器件下面挖空情况
图 5.HDMI 相关器件下面挖空情况
(iv)过孔下面挖空情况 图 6.过孔下面挖空情况 (v)HDMI 连接器下面的挖空情况 图 7.HDMI 连接器下面的挖空情况 Section(B)PCB 相关区域约束情况 在实际情况下在走线时是需要考虑 PCB 的空间问题的所以在连接 ESD 器件 和上拉电阻时需要用到过孔和 stubs且需要在底层走线。下面的参考案例里 面包含了 ESD 器件、过孔和上拉电阻。 图 8.带有 ESD 器件、过孔和上拉电阻的 PCB 走线情况
建议走线
• 尽可能的将过孔靠近 HDMI 连接器放置 当信号从 HDMI 连接器到 HDMI 焊盘时由于电气上的改变使得阻抗相应 的增加这种阻抗的增加刚好可以补偿 HDMI 边上过孔说造成的阻抗损失。 由于过孔太靠近 HDMI 连接器这将使得 HDMI 连接器周围没有足够的空间 去走 100Ω 的差分线这是将用 50Ω 的单端走线来代替当必须保证此单 端线足够的短。 • 移除 HDMI 信号和时钟焊盘下面的地平面。
• 尽可能的采用小封装的上拉电阻和 ESD 器件 0402 封装与 0603 封装相比具有更小的焊盘使其在阻抗上具有更小的 损耗。 • 采用 9mil 线宽和 11mil 线距的差分走线 如果走线够宽则其阻抗更好的控制。 • 采用尽可能短的 stubs ESD 保护器件、过孔和上拉电阻之间的 stub 尽可能的短不能超过信号 上升沿的 1/6 • 移除电阻焊盘和过孔下面的地平面 此挖掉的孔必须要足够大确保能够覆盖 ESD 器件焊盘、过孔和上拉电阻 焊盘和所有的 HDMI 连接器上信号焊盘。其参考如下图 9。 图 9.ESD 器件、过孔和上拉电阻下面的地平面
