随着通讯技术的发展，传输已不仅仅局限于话音，数据的传输凸显重要。不同的通讯设备有不同的通讯速度，最早的调制解调器最快只有56kbps，在当时大受欢迎，时至今日，这样的速度已经不能满足传输速度要求，例如利用HDMI传输的高清信号的速度要求达到3.4Gbps。从传输的方式来看，最早的调制解调器或ADSL信号通过电话线传输，需要48V的电压，而高速的信号采用3VTTL电平、LVDS或LVPECL等差分信号方式。

图1 各种通信方式的传输速度和传输距离的对比(略)

信号的转换时间限制了信号的转换速度，缩短转换时间可以提高信号的传输速度，但是在实际中，这种方法并不可行，因为这样容易引进信号的串音、噪声以及电磁干扰等问题。另有一种缩短转换时间的方法，即采用差分信号减小信号的摆幅，它兼具降低系统功耗的优点。但并非所有的差分信号都具有较小的信号摆幅，如工业中常用的RS-422、RS485都用到了高达3.3V的信号摆幅。

差分信号可以分成三大类，其信号摆幅和驱动能力各不相同。一般来说PECL或LVPECL用于串行通信等专业视频领域，而CML则多用于光缆等信号传输，从图一中可以看出不同通讯方式的传输速度和传输距离的限制，如CML具有高达5Gbps的速度，但是仅限于5米以内的距离，而RS485等可传输到1000米左右的距离，但其速度局限于50Mbps以下。

图2显示了由于底板或线缆引起的传输速度的限制。符号间干扰（ISI）是指由于相邻脉冲动能重叠而引起的脉冲波形边缘模糊化的现象，为了消除ISI现象需要附加信号调整电路对信号进行处理。差分信号的优势在于提供了一个参考信号，可以更容易地区分出信号0和1的变化。运用眼图可以更加清楚地分析信号，眼图张开的程度代表了信号的品质，张开的眼图表示了抖动的容限和振幅噪声容限。接收器的采样窗口较小则表示性能卓越。

图2 物理原因引起的传输速度的限制(略)

NS公司的信号调整电路包括发送器端应用和接收器端应用产品。发送器产品具有预加重和去加重功能，预加重功能可增强信号的高频部分，以便减少信号的线路损耗，若位信号没有改变，去加重信号便会减弱信号的低频部分，还可以根据需要设定输出电压和上升时间。接收器可以是可设定的、固定的或自适应的均衡，可为输入信号提供补偿，以便减少传输损耗，同时可还原信号的高频部分。接收器的重复计时器可用于消除抖动和恢复位串流。

图3 LVDS和CML的原理比较(略)

图4 DVI/HDMI标准比较(略)

与CML相比，LVDS适用于2Gbps以下的情况，具有较低的功耗，通常需要设置预加重功能。而在2Gbps以上的情况，LVDS不具有低功耗的优势，一般用CML方式，它可以输出更大的电流，通常需要设置去加重功能。

图5 不同距离下的信号衰减(略)

图6 DS16EV5110芯片的效果(略)

总之，预加重的优势在于增大眼孔扩张度、减少抖动以及为线路损耗提供补偿，缺点是出现了串音干扰的问题，同时使得电磁干扰更加严重。而去加重功能则可以减低串音干扰，降低功耗，缺点是衰减信号经过长距离传输后，抖动会增加。

图7 常用的线迹结构(略)

均衡功能的优点是减少抖动，恢复信号的高频部分，使眼图张开。但是均衡功能也同时将噪声放大，如果不使用自适应或可设定的均衡，有可能将信号过度补偿。

重复计时器的使用前提是接收器已知初始信号的传输率，重复计时器根据这个频率产生稳定的本地时钟，并利用这个频率将均衡器的输出信号恢复。

应用实例

TMDS发送器可将24位的并行数据分别传送到三条各自独立的10位差分数据通道以及一条时钟通道，每一条数据通道的传输率高达时钟速度的10倍。DVI标准的最低传输率为1.65Gbps，能够传输视频，HDMI的标准允许同一数据通道同时传送音频以及辅助数据。因此HDMI的应用日渐普及，个人电脑和影音产品都采用该种技术。

2.25Gbps的28AWG型HDMI电缆传送信号会由于距离的远近产生不同的衰减，如图5所示。

由于接收器对所接收信号有一定的幅度要求，例如不能小于150mV，总输入抖动须低于0.5UI，否则信号会受到噪声干扰导致画面出现空白。而发送器输出的信号不得高于0.3UI，因此，电缆不能添加超过0.2UI的抖动，这就限定了发送器和接收器之间的距离。

另 外一个需要注意的问题是双导线的歪斜，包括内部歪斜不超过111ps，以及双导线之间的歪斜小于1.78s。以接收到的图案为标准，如果歪斜太大会导致色条参差不齐。标准5类电缆将信号传输到100米后产生的歪斜会超过20ns。

系统设计的最后一个规定是支持直流电耦合，这是因为TMDS利用驱动电流产生差分电压。

DS16EV5110是NS公司的适用于DVI/HDMI/DVI的视频均衡器，芯片内置信号检测及接收装置，大幅减小了电路板面积，通道歪斜只有25ps。以1.65Gbps速度传输时可采用28AWG线将信号传送至25米以外，若传输速度为2.25Gbps可采用超过30米长的24AWG线缆。

NS公司的DS38EP100是适用于HDMI的无源均衡器，可以低成本地将1类电缆升级为2类电缆，芯片采用了6引脚的LLP封装。

在设计系统时应注意，使输入/输出装置尽量靠近连接器，以减低线迹损耗。同时还应尽量采用好的电源供应器，以降低噪声的影响。

高速电路板的线迹设计应该注意线路布局，传统上多采用微带线和夹芯线。

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问答选编

问：通常DVI信号是严格参考地平面来设计的，为了尽量减少其他信号对DVI信号的干扰，至少与其他信 号保持怎样的距离才合适？

答：PCB布局部分有一个称为“s”的参数，“s”是差分对之间的间距。通常，相邻差分对之间的间距不小于2s，TTL信号之间的间距不小于3s。

问：关于走线，采用微带走线通孔相当串入电感,有好的办法改善其影响吗?是否可以通过电容匹 配来补偿?

答：首先尽量减少过孔，如果串入电感严重，可以通过增加电阻和电容网络来补偿。

问：在设计中如何平衡传输速度和损耗？

答：这取决于传输介质。如果传输介质是PCB，则使用低损耗介电材料和较厚的包覆铜。如果介质是电缆 ，必须使用高品质电缆，如低损耗、低串扰、低 歪斜、屏蔽电缆。

问：800Mbps的串行信号，如果采用LVDS方式传输，比较保险的传输距离是多少？

答：这是一个典型问题，答案是因情况而异。例如具体使用了哪类电缆，是否具有预加重或EQ，情况都会有所不同，并且，数据是不是DC均衡的也会影响总体性能。

问：如何确定均衡器的补偿度？

答：对于自适应EQ而言，EQ内部的反馈系统会确定适当的补偿。对于可设定EQ而言，用户可以通过检查来自于EQ的眼图来调整补偿，也可以由系统BER来确定。

问：如何解决电压漂移时产生能量辐射，从而导致EMI的问题?

答：对于降噪和信号质量而言，平衡电缆（双绞线）的效果通常比非平衡电缆（带状电缆、多导线）好，由于场消除效应，平衡电缆会产生较少的EMI。此外，它们还会将电磁辐射当作共模（而非差分模式）噪声来处理，这样接收器就接收不到了。

问：CAT5电缆可以在HDMI v1.3应用中使用吗？

答：很难使用到。CAT5电缆很便宜 ，因为它不是独立焊封的，具有高歪斜、高损耗和高串扰等特性。在高频情况下，问题会更严重，即使使用了在上述参数方面表现出色的高品质CAT5电缆，也无法克服 RJ-45连接器中出现的串扰。

问：HDMI几个规范有哪些什么区别?是否向后兼容?

答：主要的区别是速率，HDMIv1.3支持3.4Gbps16-bit d eep color。支持向下兼容。

问：由于累积电荷（长时间高电平或低电平）引起的符号间干扰应该如何均衡？

答：很难在接收器端进行补偿操作，因为某些位可能会丢失，所以必须将TX数据编码成DC均衡类的。例如，8b/10b编码就是一种DC均衡代码。

问：当传输的信号速率比较高时，由于PCB布线的问题，怎么确保信号的同步问题？

答：每条迹线的长度都必须相同，并且应尽可能地避免弯曲，通常PCB的特性相当一致。因此，如果每条迹线的长度都相同的话，就可以获得相当好的均衡效果。

问：信号调节芯片接口如何处理，怎样耦合才能保证不增加噪声？

答：这个问题首先要参照眼图的形成 。如果1、0码流很长 ，AC耦合会产生ISI，从而增加了抖动。简而言之，AC耦合适于DC均衡数据和非兼容共模电压TX和RX。DC耦合很简单，适于LVDS。

问：在可靠性要求高的场合，是否需要对接口进行相关的保护，如何对接口进行保护？

答：是，因为接口是最外的器件，直接跟电缆相连。可以选择具有更高ESD保护等级的器件，以及外加独立保护器件。