如何有效解决HDMI时钟辐射问题

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：

由于存在高频时钟信号，HDMI的辐射问题经常让人头秃。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。

1.案例背景

收到一个客户整改需求，产品是一个HDMI接口的LCD显示屏，主控板和显示屏驱动电路是分开设计的，由主控芯片输出HDMI信号，在端口处串联小电容输出，再通过接口连接到显示屏主板。实验室测试时出现频点742.5MHz超了7dB，电路简要架构如下：

2.整改过程与分析

超标的频点742.5MHz刚好是148.5MHz频点的5倍频，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：

通过实验室复测，可以测到接近148.5MHz、594MHz以及742.5MHz频率点，其中742.5MHz频点超了1.65个dB，考虑到试验场地以及客户已经做过整改，数据会存在一些差异。

整改措施1：时钟展频

对于高频时钟辐射问题，考虑时钟展频处理是最有效便捷的方式，可以实现直接在时钟源头处降低噪声强度。目前常见的展频方式可分为软件展频和硬件展频，软件展频需要看芯片是否支持，硬件展频是通过对芯片主时钟进行展频处理后传输给芯片，之后芯片输出的时钟信号都为展频后时钟。

对主IC进行展频处理，时钟频率25MHz，展频宽度±0.25%，如下图：

展频处理后测试数据如下：

通过对主IC进行展频之后，频点724.5MHz已经有4.48个余量，前后改善了6个dB左右。

整改措施2：小电容滤波

常用的EMC措施有屏蔽、接地和滤波，通过频谱大致锁定辐射较强的位置为信号线，所以考虑在信号线上进行滤波处理。选取小电容滤波需要考虑电容的不同频率特性，下面是村田官网5pF和10pF小电容的插损曲线：

由于空间有限，没办法对单根信号线单独滤波，所以在HDMI信号线对之间各加一个小电容进行差模滤波，这里加的是10pF电容，措施和实测数据如下：

可以看到，742.5MHz频点基本没有了，说明在差分对之间增加小电容滤波确实有效。

3.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。本次案例中用到的整改方案为时钟展频加小电容滤波，仅供参考。不同产品必然需要根据实际进行分析处理，针对时钟问题可供参考的经验总结如下：

高频时钟及其倍频容易出现以下几个问题：

①通过信号本身PCB走线或信号环路形成对外辐射的天线；

②串扰到靠近时钟线的走线；

③耦合到排线，排线又是时钟辐射的良好天线；

④时钟信号在芯片内部串扰到其他引脚，导致芯片IO引脚都带有高频信号噪声，无法锁定主要辐射路径。