HDMI2.0 高速信號 layout注意事項淺談

   HDMI (High Definition Multimedia Interface) 為影像與聲音傳送的全數位化介面。而HDMI2.0則是因應解析度與功能提升的需求,於2013年9月4日所提出,可以向下相容 HDMI1.4 。

   隨著觀看高解析度影音內容的需求在近年來不斷地提升,顯示器的解析度與功能也同時向上提升,相關的影音輸出裝備也需要同步調整,因此 HDMI2.0介面在相關的筆記型電腦或著桌機等個人電腦已普遍形成標配,故相關製造商的工程師在HDMI2.0 介面的設計也日漸頻繁,相關的layout 需求也大量提升。

   HDMI2.0 Layout的好壞,不僅攸關CTS的測試,也有可能會影響與琳瑯滿目的顯示器之間的相容性,故不可不慎重。

   首先,是 differential impedance 控制。一般而言,若有使用 Redriver 或者Retimer,Pre-Channel 可以依照 CPU 廠商的 PDG 規定,通常是85 ohm,而Post-Channel則建議依照 Redriver 或 Retimer 廠商的規範,例如Parade 的 HDMI Redriver/Retimer 在 Post-Channel 的differential impedance規範是 100 ohm 。

   再者,要注意的是traces 之間的間距 。有關Intra-skew,通常決定於traces的寬度與PCB的疊構;而Inter-skew,為了減少 differential pairs之間的 cross-talking 的風險,pair to pair 之間最少要保持 20 mils 的空隙。

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   而 Intra-Skew 與 Inter-Skew 方面 traces之間的等長也是很重要的,P與N信號線之間traces 長度差異不可大於 10 mil 。一般而言,都是在相對短的trace加bump ,

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   注意的是連續的small bumps最好不要超過三個。

   Inter-Skew: Pair-to-Pair 之間的長度差異建議也不要大於 100 mils。

 

   AC 電容的放置方面,若有使用 Redriver 或Retimer ,則建議放置於靠近Redriver或Retimer 輸入端;若無,則是放置於靠近HDMI Connector 。

   由於走線的layout 關係,無可厚非會使用到 vias ,但Vias 對信號也有損傷,一般而言,從source 端到connector ,每對HDMI traces建議使用2個vias 最佳,不要超過4個 vias 。若應用在多層板子的 Layout ,例如10層板,而信號線透過  vias 從 top layer 到 第三層,若沒有挖 back-drilling,第4層到 bottom layer 可能有殘線問題,建議traces盡量從top layer 透過 vias 到 bottom layer ,以減少相關的影響。提醒:P與N信號線traces上佈建的 Vias 要對稱。

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   再者,高速信號必須要連續且固定的參考plane ,一般建議以大片的連續固定的 GND 為主,而低雜訊的power plane 是可以的,但不建議 。舉例來說,若 HDMI traces 在 top layer ,則HDMI traces 低下第二層必須要有連續的 參考GND ,若信號線需要穿層,除了信號線的 vias 以外 ,P/N vias 也必須要有對稱獨立的兩個 GND vias 以連接內層的 GND , 以保持 reference GND 連續性 。當信號線穿到內層,必須確認相鄰層在信號線下有大片且連續的 reference GND 。

    不管 HDMI 信號線走那一層,都必須確認相鄰層沒有其它高速信號或者 power traces 與HMDI信號線平行佈線 。

   最後需注意的是 HDMI 信號線與 Connector的連接 ,若 HDMI connector 為 SMD type ,則HDMI信號線與 SMD pins 在同一層連接;若 HDMI connector 為 DIP,而 connector 在Top Layer 上件,HDMI 信號線則需要在 Bottom Layer 與 connector pins 連接,以避免 DIP pins 造成的殘線問題;反之,則在 Top Layer 連接。

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