三分钟带你看懂HDMI接口的PCB设计

本文主要讲解的是HDMI的设计，包括作用和运用的总结，希望大家看了以后能轻松的应对各种HDMI方案的PCB设计。

一、什么是HDMI？

高清晰度多媒体接口（英文：High Definition Multimedia Interface，HDMI）是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影音信号，最高数据传输速度为5Gbps。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。

原理图和管脚描述：

二、HDMI有什么特性？

1、可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号，数字信号，质量高。

2、提高高达5Gbps的数据传输带宽。

3、最高能支持1080P视频。

4、理论20m，实际一般为3m左右。

5、同时传输音频、视频、版权保护，在消费电子领域非常受欢迎。

6、HDMI是外部接口，对于视频的分辨率和色深的提升能力有限。

7、HDMI兼容性不好。

三、HDMI和DVI的区别？

HDMI 相比 DVI 接口支持了音频的输出，并且有着更高的带宽，它可以算是目前最主流的视频输出接口，由于接口变得更小，也被广泛应用于电视机、显示器、笔记本电脑等设备上。HDMI 接口虽然在规范上没有 DVI 那么负载，但是却有着不同的形态。

四、差分线布线和等长匹配的要求

1、差分对信号需要对称布线。

2、不允许在差分对之间放置任何器件或通孔, 即使信号是对称布线的。差分对之间的通孔可能会导致 emc干扰性问题, 并造成阻抗不连续。

3、某些差分对高速信号需要串行耦合电容器，放置这样的电容器需要对称。因为电容器和垫片之间会产生阻抗不连续性的问题。

4、过孔在阻抗方面会引入了巨大的不连续性。尽量将放置的通孔量减少到最小值, 并将过孔对称放置。

5、为了满足差分对的阻抗要求, 两个信号布线都需要在同一层上进行。在布线中添加过孔的数量也要相同。

6、差分线等长补偿方式首选蛇形绕线

7、蛇形绕线应放置在长度不匹配的原点。这可确保正负信号分量在主要部分同步传播。

8、弯曲是长度不匹配的常见来源。补偿应放在接近最大距离为15毫米的折弯。

9、通常有两个弯道相互补偿。如果弯曲的距离超过15毫米, 则无需额外用单端绕线进行补偿是必要的。信号不应异步传播到超过15毫米的距离。

10、差分对连接的每个段都需要单独等长。连接可以由连接器、串行耦合电容器或过孔进行分割。这两个弯道在下面数字将相互补偿。由于通孔将差分对分成两个段,弯道需要单独补偿。这确保了积极和消极信号通过通孔同步传播。

11、由于差异是很难估计的, 如果可以最好将信号布线到同一层上,因为不同图层的信号速度不相等。

12、在可能的情况下, 最好是对差分信号的对称布线, 以避免绕蛇形的需要。

13、如果器件之间的空间允许, 请尝试在较短的布线中添加一个小循环。这是用首选的解决方案, 来匹配长度差异, 而不不需要蛇形绕线。

五、PCB叠层设计参考

为了减少高速信号下的反射, 有必要匹配阻抗源、接收器和传输线之间。信号布线的阻抗取决于其几何及其相对于任何参照平面的位置。布线宽度和间距对于特定阻抗要求的差分对之间取决于所选的PCB层叠。所以PCB层叠是计算阻抗必不可少的环节。下面我们列出记住叠层参考：

四层叠层设计示例

六层叠层设计示例

八层叠层设计示例

六、PCB设计要求

HDMI IC 原则上推荐靠 HDMI 座摆放。HDMI走线间的长度差建议尽量小，建议不超过 500mil。

HDMI 信号线要求按差分规则走线，需做 100 欧姆阻抗匹配，走线宽度根据各个PCB 厂商的不同工艺而有所不同，按 RK3188 的叠层及 RK 的 PCB 供应商工艺，推荐走线宽度为 7MIL。差分对之间要隔离，拉开间距,间距至少 3W。差分走线要有完整参考层。不能有干扰信号，如屏背光电源，晶体等走线跟 HDMI 信号线临层平行。

下图是比较理想的 HDMI走线

相邻GND层走线，空间足够的情况下还要进行包地处理。包地线离差分线间距满足差分线宽的3倍（中心到中心），铺铜离差分线20mil。信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。

七、阻抗计算要求

1、单端走线控制50欧姆，差分阻抗控制为100欧姆（+/-10%）。

2、过孔小引起的阻抗波动小，过孔大可能会导致阻抗下降，不连续等，所以多层板推荐大家使用过孔尺寸为8mil/16mil。

3、使用完整的电源层和接地层来做参考平面，这样可以避免HDMI跨分割的出线，从而保证信号的稳定性。

八、ESD处理

ESD属于瞬态器件，也是一种保护器件，很短的时间内短路是可以的，添加ESD主要是为了防浪涌。在布局方面，ESD器件一定要靠近HDMI的端子放置，以保证ESD作用能发挥出来。下面是两种ESD和HDMI布局布线参考：

至此，HDMI高速PCB设计指南的内容已经全部讲完，希望大家能通过我们的文章学习，更好的设计出符合要求的HDMI。

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