Murata Rauschunterdrückungsmaßnahmen für HDMI 2.1

Hintergrund

HDMI 2.1 hat eine maximale Bandbreite, die etwa das 2,7-fache des HDMI 2.0 beträgt und seine maximale Signalübertragungsgeschwindigkeit pro Spur ist doppelt so hoch wie die von HDMI 2.0. Während HDMI 2.0 aus drei Datenspuren und einer Taktspur besteht, hat HDMI 2.1 keine Taktspur und stattdessen vier Datenspuren.

Auf diese Weise überträgt HDMI 2.1 Signale schneller als bisher. Deshalb muss bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Rauschunterdrückung darauf geachtet werden, dass die Signalqualität nicht beeinträchtigt wird.

Bei einer HDMI-Kommunikation können zwei Rauschprobleme auftreten:
•Abgestrahltes Rauschen 1: Rauschen von HDMI stört die Wi-Fi®-Antenne im Inneren des Geräts und reduziert die Empfindlichkeit der WLAN-Kommunikation (Intrasystem-EMV).
        •Abgestrahltes Rauschen 2: Das Rauschen wird von der HDMI-Ausrüstung oder dem Kabel abgestrahlt (Emissionen)

Die Studie von Murata konzentriert sich auf das Intrasystem-EMV des abgestrahlten Rauschens 1 und prüft die entsprechenden Abhilfemaßnahmen.

Rauschunterdrückung für HDMI 2.1

Wenn für Hochgeschwindigkeits-Differential-Signalleitungen, wie z. B. HDMI, herkömmliche Rauschfilter verwendet werden, verschlechtert sich die Signalqualität und die Signale können nicht ordnungsgemäß übertragen werden. Aus diesem Grund sind Gleichtakt-Drosselspulen (CMCC) eine geeignete Lösung. Da HDMI-Signale eine hohe Geschwindigkeit aufweisen, wählte Murata einen CMCC, der sich am besten für Hochgeschwindigkeitssignale eignet. CMCCs sind in der Nähe der Ausgangspins des ICs auf der HDMI-Quellenseite und nahe der Steckverbinder auf der Senkenseite installiert.

Der in der Nähe des ICs installierten quellenseitigen CMCC kann das Gleichtaktrauschen, das von den Übertragungs-ICs auf der Quellenseite erzeugt wird, unterdrücken. Dies wird durch die Verhinderung der Ausbreitung von Gleichtaktrauschen auf der Senkenseite ermöglicht.

Der senkenseitige CMCC kann das Gleichtaktrauschen, das von der HDMI-Signalverdrahtung der Senkenausrüstung erzeugt wird unterdrücken, indem verhindert wird, dass das Gleichtaktrauschen in die WLAN-Antenne eintreten kann.

Empfohlene CMCCs

Diese CMCCs von Murata werden für Maßnahmen zur HDMI 2.1-Rauschunterdrückung empfohlen:

        •  DLM0NSB120HY2D
        •DLM0QSB120HY2D – hohe Gleichtakt-Impedanz und überlegene Rauschunterdrückungsleistung
•NFG0QHB542HS2D – extrem geringe Auswirkungen auf Signale

Rauschunterdrückung für Intrasystem-EMV

Murata hat zunächst überprüft, wie sich die HDMI-Kommunikation auf das WLAN auswirkt. Dies verdeutlichte, dass die WLAN-Empfangsempfindlichkeit in 2,4-GHz- und 5-GHz-Bändern um 6 dB bis 10 dB gefallen ist, wenn die HDMI 2.1-Kommunikation gestartet wurde. Beim Rauschen, das tatsächlich in das WLAN eintritt, stellte Murata fest, dass es sich mit den 2,4-GHz- und 5-GHz-Bändern überschneidet.

Rauschunterdrückung für abgestrahltes Rauschen

Murata untersuchte dann die Maßnahmen zur Rauschunterdrückung von abgestrahltem Rauschen. Zunächst wurden die Unterschiede in den Rauschspektren für HDMI 2.0 und HDMI 2.1 geprüft.

        •Das abgestrahlte Rauschen von herkömmlichem HDMI 2.0
▪ Rauschen tritt im Frequenzband von 1 GHz bis 3 GHz auf
•Das abgestrahlte Rauschen von herkömmlichem HDMI 2.1
▪ Rauschen tritt im Frequenzband von 1 GHz bis 6 GHz auf

Dies zeigte Murata, dass ein höheres Frequenzrauschen in HDMI 2.1 auftrat.

Ergebnisse für die Unterdrückung von abgestrahltem Rauschen durch CMCCs

Die Montage eines CMCC (DLM0NSB120HY2) auf der Quellenseite ermöglicht die Unterdrückung des HDMI 2.1-Rauschens. Das abgestrahlte Rauschen bleibt nach der Verwendung eines CMCC erhalten, aber ein Großteil dieses Rauschens war das Strahlungsrauschen des DRAM, der separat auf dem Board der Quellenausrüstung installiert ist.

Prüfung der Auswirkung auf die Signalqualität

Der Augenmaskentest für HDMI 2.1 zeigte, dass die Signalwellenform – selbst nach Verwendung von CMCCs – identisch war.Das AC-Gleichtaktrauschen wurde durch die Verwendung von CMCCs um 47 % reduziert.

Fazit

        •Maßnahmen zur Verhinderung einer Reduzierung der WLAN-Empfangsempfindlichkeit
▪ Wenn sich die WLAN-Empfangsempfindlichkeit während der HDMI 2.1 Kommunikation reduziert hat entstand ein Problem, das jedoch durch die Verwendung von CMCCs behoben werden konnte.

        •Rauschunterdrückungsmaßnahmen für abgestrahltes Rauschen (Maßnahmen zur Verhinderung von Emissionen)
▪ Abgestrahltes Rauschen in HDMI 2.1 im Bereich von 1 GHz bis 6 GHz, konnte aber durch die Verwendung von CMCCs behoben werden.

        •  Auswirkungen auf die Signalwellenform
               ▪ Der Einsatz von CMCCs hatte keine Auswirkungen auf den Augenmaskentest.
               ▪ Die Verwendung von CMCCs reduzierte die AC-Gleichtaktspannung.

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