李波 屈原 周潤景 魏曉敏

摘 要：本文以TMDS差分傳輸線為研究對象，通過前仿真和后仿真研究信號完整性問題。前仿真使用Hyperlynx軟件，得到了符合HDMI規(guī)范的布局布線約束規(guī)則，然后在Cadence里繪制PCB板，利用Ansys軟件完成了后仿真研究，最后，以該論文中的電路板實測結(jié)果與仿真結(jié)果對比，分析和驗證了基于HDMI的高速差分傳輸線的信號完整性分析的正確與意義所在。

關(guān)鍵詞：HDMI;信號完整性;仿真;眼圖

1 引言

目前在電視機和計算機等主要電子設(shè)備中，模擬量的接口出現(xiàn)了干擾數(shù)字圖像信號的傳輸，高清晰度多媒體接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）的出現(xiàn)實現(xiàn)了數(shù)字信號的完整性（SI，Signal Integrity）。HDM是唯一支持不壓縮全數(shù)字化的視頻和音頻接口技術(shù)，適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口，可同時傳送音頻和影像信號。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備正朝著體積小、速度快、價格低目標(biāo)發(fā)展著。但是，信號的完整性一直是電子產(chǎn)品研發(fā)需要考慮的問題。

早在二十世紀(jì)九十年代，西方國家就有人在高速電路和信號完整性的研究上取得很大的成就。近幾年我國高速電路信號完整性的研究度越來越受關(guān)注，吳伯春、龔清萍等專家已開始這方面的研究[1]，賀嬌對PCB板上典型傳輸線進(jìn)行了散射參數(shù)仿真和差分眼圖分析[2]。竇康并對PCB的的關(guān)鍵信號的信號完整性進(jìn)行仿真分析及應(yīng)用[3]。在華為小米等大企業(yè)中有了負(fù)責(zé)信號完整性的部門。在檢測HDMI傳輸信號的完整性時會使用到信號完整性分析儀，但是現(xiàn)有的信號完整性分析儀結(jié)構(gòu)簡單，在使用時接入的線纜存在互相纏繞的狀況發(fā)生，線纜纏繞容易導(dǎo)致短路的狀況發(fā)生，同時設(shè)備內(nèi)部電子零部件容易因為外界的震動而損壞，并且當(dāng)不使用該設(shè)備時顯示屏容易受到損壞，給該設(shè)備的使用帶來了一定的影響。

在設(shè)計高速電路板時，如果信號完整性存在問題，不嚴(yán)重的情況下會使系統(tǒng)的性能下降，嚴(yán)重的會使系統(tǒng)報廢。因此，信號完整性問題已是設(shè)計高速電路板時亟待解決的問題?，F(xiàn)在高速PCB設(shè)計主要采用融入SI仿真，然后根據(jù)仿真獲得的約束條件返回來再完善高速PCB的設(shè)計。

該論文的其余部分組織如下：第二部分介紹了HDMI的通信通道;第三部分采用Hyperlynx和Ansys軟件對HDMI信號進(jìn)行完整性仿真分析;第四部分對論文進(jìn)行小結(jié)。

2 HDMI的通信通道

HDMI有DDC、TMDS和CEC三個通信通道。TMDS（Time Minimized Differential Signal）主要是實現(xiàn)視、音頻信息和輔助信息的發(fā)送和接收，本文中使用TMDS通道，TMDS高速數(shù)據(jù)通道是指TMDS通道，TMDS主要是最小化傳輸差分信號技術(shù)。

3 HDMI信號完整性仿真分析

HDMI信號完整性仿真包括前仿真和后仿真兩部分，前仿真使用Hyperlynx軟件對HDMI的TMDS電路建模如圖1所示，前仿真主要包括：TMDS差分對內(nèi)偏移分析、TMDS差分對間偏移分析和TMDS差分線耦合分析，仿真后提出滿足協(xié)議的TMDS差分線布局約束，按照前仿真的布局布線規(guī)則約束，在Cadence里繪制好PCB板，導(dǎo)入到SIwave軟件里進(jìn)行后仿真，如圖2所示。后仿真包括頻域分析和時域分析，以差信號與共模信號匹配為例。

3.1 差分信號與共模信號匹配

按照T型匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行差分對的短接匹配，差模信號和共模信號均匹配，電路原理圖如圖3所示，眼圖結(jié)果如圖4所示。

3.2 實測對比

關(guān)于HDMI1.2版本源端眼圖實測圖如下圖5所示。

與PCB板仿真得到的眼圖相比較，主要參數(shù)眼高、眼寬、抖動要求等基本匹配，仿真結(jié)果比較理想。

4 結(jié)論

本文以HDMI的最小化差分信號為基礎(chǔ)，進(jìn)行了高速電路中的傳輸線信號完整性仿真研究。采用Hperlynx進(jìn)行前仿真，SIwave后仿真。最后將測試結(jié)果與仿真相對比，驗證高速電路設(shè)計中仿真環(huán)節(jié)的必要性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳伯春，龔清萍.信號完整性分析技術(shù)[J].航空電子技術(shù)，2004（35）.

[2]賀嬌.高速PCB板傳輸線信號完整性分析[D].華中科技大學(xué)，2016.

[3]竇康.高速PCB的信號完整性分析與硬件設(shè)計[D].西安電子科技大學(xué)，2015.

[4]劉蕾蕾，王元慶.廣義傳輸線方程結(jié)合Pade逼近分析分割地參考面的影響[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（06）.