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MHL (移動高清連接技術) 發送端靜噪對策

發布時間：2012-06-15

導言：隨著數字電視和智能手機的普及，消費者對于隨時隨地傳送數字高清內容到個人移動設備上的需求與日遞增，MHL(移動高清連接技術)以一對信號線完成2.25Gbps的音頻/視頻數據的傳輸，將成為未來影音接口主流。但為了消除便攜式設備配備的無線系統中的電磁干擾，各接口需要適宜地進行靜噪處理。本文就MHL發送端靜噪處理的最佳方案進行解說。

MHL (Mobile High-Definition Link移動高清連接技術)是Silicon Image, Inc.所研發出來的連接便攜式消費電子裝置的影音標準接口，MHL 僅使用一對信號線就可以完成音頻/視頻數據的傳輸（MHL的數據傳輸速率為2.25Gbps）。

此外，MHL技術還具有以下功能：
（1）MHL將高清影像以及數字音頻傳送至MHL接收端（接收設備：HDTV等）的同時，由接收端向發送端（源設備：便攜式消費電子裝置等）提供電源用于充電；
（2）由于傳送所需的信號線較少，無需在設備上準備如HDMI這樣的專用接口，有效減少了源設備上的接口數目。

隨著數字電視以及智能手機等便攜式設備的普及與推廣，消費者對于隨時隨地傳送數字高清內容到個人移動設備上的需求與日遞增，MHL將會是未來主流。另一方面，由于近年來，便攜式設備上配備的無線系統越來越多，如GPS、W-LAN、3G等，與這些系統形成的電磁干擾已成為我們所不得不面臨的重大問題。為了消除這些電磁干擾，各接口需要適宜地進行靜噪處理。本文將就MHL發送端靜噪處理的最佳方案進行說明。

差分傳輸信號線靜噪濾波器的選擇方法通過濾波器來消除差分傳輸信號線所產生的噪聲的同時，需要選擇具有高效靜噪性能，且不影響波形質量的濾波器。在差分傳輸信號線靜噪處理中，使用共模扼流線圈將更加有效。共模扼流線圈對于差分信號不產生任何阻抗，但對于共模信號是一個很大的阻抗，可對過大的共模干擾電流進行有效抑制。

這次，我們將使用實際配備了MHL的便攜式終端 (以下簡稱EUT) ，通過觀察MHL信號線產生的輻射噪聲和傳輸的波形質量，來共同見證共模扼流線圈的高效性能。

MHL信號線產生的輻射噪聲用MHL 適配器電纜連接EUT和液晶電視，開始測量MHL信號線產生的輻射噪聲。MHL使用效果圖如圖1所示，測量結果如圖2所示。由于目前支持MHL的接收設備還未實現產品化，因此我們使用適配器電纜將MHL輸出轉換成HDMI。根據測量結果，我們可以清晰地看到30MHz～1GHz范圍內，產生了約75MHz間隔的高輻射噪聲。

                                             圖1: MHL使用效果圖

                                                           圖2: MHL使用效果圖

接下來，MHL信號波形的測量結果如圖3所示。圖3中顯示的是MHL信號的差模成分和共模成分。從圖3我們可以清晰地看到MHL信號中不僅存在差模成分 (差分波形) ，還存在著共模成分。


                                         圖3: MHL信號波形的測量結果

接下來讓我們考察一下哪種成分將對輻射噪聲產生影響。
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圖4顯示的是差分信號的電流方向和磁場的關系。從圖4我們可以看出，當差分傳輸信號線內的信號流為理想的差模時，1對信號線內的電流方向相反，且大小相等，產生的磁場被消除，不易產生輻射噪聲。另一方面，差分傳輸信號線內的信號流為共模的情況下，磁通量互相增強，極易產生輻射噪聲。


                                                 圖4: 差分信號的電流方向和磁場

所以，作為靜噪的主要技術手段，使用共模扼流線圈來有效靜噪的主要因素——共模成分。但是，為了滿足MHL的波形質量規格，需要設置共模扼流線圈的共模阻抗。

使用共模扼流線圈時的靜噪效果及信號波形評測圖5顯示的MHL信號線使用各種共模扼流線圈時的輻射噪聲/信號波形評測結果。共模扼流線圈在產生噪聲的30MHz～1GHz頻率段內，按照阻抗由高到低的順序，分別使用以下3種類型(90Ω、45Ω、15Ω@100MHz) (靜態特性請參考圖6) 來進行測量。

                        圖5: MHL信號線使用各種共模扼流線圈時的輻射噪聲/信號波形評測結果


                                                                               共模阻抗 Zc[page]

                                                                   差模傳輸特性 Sdd21

                                            圖6: 各種共模扼流線圈的靜態特性 (Zc,Sdd21)

根據輻射噪聲評測結果，我們不難看出，使用的共模扼流線圈阻抗越高，靜噪效果也就越好。特別是在頻率較低的200～400MHz范圍內，使用不同阻抗所獲得的靜噪效果非常顯著。另一方面，很顯然，使用的共模扼流線圈阻抗越高，共模的波形質量就越是下降。反過來使用阻抗較低的共模扼流線圈時，雖然可以減輕對波形質量的影響，但是不能獲得關鍵的靜噪效果。

因此，MHL靜噪對策的關鍵是選擇適當的共模扼流線圈，使得在規格允許的范圍內，適度歪曲共模波形的同時，獲得最佳靜噪效果。

為此，本公司隆重推薦DLP11RN450UL2 (圖5、6內的45Ω種類；外觀: 見圖7)，作為MHL發送端靜噪處理所采用的用共模扼流線圈，DLP11RN450UL2兼顧靜噪效果和共模/差模的波形質量，很好的保持了兩者的平衡。從圖5我們可以看到，在測量頻率30MHz～1GHz的整個頻率范圍內，獲得了非常高的靜噪效果。同時對于信號波形質量，經確認對規格沒有影響


                                                                  DLP11RN450UL2

                                                                        圖7: 外觀圖

總結使用滿足上述選擇要點的共模扼流線圈，可以維持信號波形質量的同時，有效抑制輻射噪聲。今后，村田制作所將繼續開展靜噪對策方面的研究，即將開始普及的MHL將會是未來主流，村田制作所致力于提供最佳的靜噪解決方案。

*1 HDMI的連接器管腳數: 19個管腳， MHL: 5個管腳

*2 支持 USB功能。對于已配置標準USB連接器的便攜式設備，USB與 MHL 采用同一連接器，有效減少了設備上的接口數目。

*3 關于MHL的波形質量規格，請參考MHL Specification。