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系統識別號 U0002-1108201915053900
中文論文名稱 4K2K高清多媒體介面筆記型電腦對於電磁波防治及優化與實務應用研究
英文論文名稱 Electromagnetic Interference Improvement for Notebook with 4K2K High Definition Multimedia Interface
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical And Computer Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 蕭全富
研究生英文姓名 Chiuan-Fu Hsaio
電子信箱 vawrp@yahoo.com.tw
學號 701440165
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 中文
口試日期 2019-07-17
論文頁數 77頁
口試委員 指導教授-丘建青
委員-李慶烈
委員-錢威
中文關鍵字 高清多媒體介面  電磁干擾  眼圖  電路佈線 
英文關鍵字 HDMI (high-definition multimedia interface)  EMI (Electromagnetic Interference)  eye diagram  PCB layout 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 高清多媒體介面HDMI(High-definition multimedia interface)截至目前為止,仍一直是資訊類電子產品較為棘手問題之一,而科技不斷的進步,面對HDMI規格不斷升級,處理輻射雜訊干擾難度也漸漸增加,本論文從兩個有配置HDMI介面的筆記型電腦進行探討,以過往相關文獻為基礎,藉由實務案例,從中分析、調整電路佈線(PCB layout)、共模電感及電阻的運用,來達到解決及優化HDMI雜訊的目地,並能符合各大筆記型電腦廠對於EMI法規規範要求,雖本論文追求EMI量測結果品質,但也不會輕易犧牲電子訊號品質以及成本上的考量。
本論文會由兩個專案來分析與探討,而過程中會搭配APREL EM-ISight近場檢測儀器,協助分析近場之電磁雜訊場強分佈,以清楚了解各項對策差異程度,相關實驗及對策說明如下:


專案一﹕針對PCB佈線探討與實驗,主要檢視HDMI佈線改善前與後,
量測之近場場強輻射分佈、EMI及眼圖三者結果。

實驗一﹕檢視PCB第一版HDMI區域之近場場強輻射分佈、 EMI及
眼圖量測結果。
實驗二﹕針對第一版PCB之HDMI雜訊問題,進行PCB佈線改善並
量測之近場場強輻射分佈、 EMI及眼圖量測結果。

專案二﹕依照專案一之電路佈線設計準則為前提, 在無法滿足客戶EMI
規範需求,及無法再次改動PCB佈線狀況下,因此對HDMI電路
再增加電子對策進行微調,並比較各電子對策前與後之近場場
強輻射分佈、EMI及眼圖三者結果。

實驗一﹕PCB第一版,HDMI電路未使用任何電子對策量測結果。
實驗二﹕HDMI電路使用共模電感90ohm電子對策量測結果。
實驗三﹕HDMI電路使用並聯電阻330ohm電子對策量測結果。
實驗四﹕HDMI電路使用共模電感90ohm與並聯電阻330ohm電子
對策量測結果。
英文摘要 Until today HDMI (High-definition multimedia interface) which is part of complicated and tricky issue for electronic products. As technology advances of HDMI product upgrade, the radiated noise interference is getting harder to handle for process it.

Author is based on related reference documentations and the actual operation cases to study the PCB layout, common mode choke and resistances from two different specification notebooks with HDMI interfaces which is solving and improves the HDMI noise phenomenon and also focus to keep standard quality for the electronic signal measurement with fixed cost as main purpose.

Author arranges to use EM-ISight equipment to test two cases that check and analyze the electronic near field strength distribution and its result. The various verification of countermeasures are as below for reference.

Case 1: Based on PCB layout experiment, to analyze and check before and
after result of PCB layout electronic near field strength distribution,
EMI and eye diagram.

Test1: To check radiation electric near field strength distribution, EMI
and eye diagram for the first version PCB on HDMI area.

Test 2: To focus on improvement for the layout on the first version PCB
on HDMI area noise problem and also and to measure near-field
field intensity radiation distribution, EMI and eye diagram
measurements result.

Case 2: To follow the Case 1 unchangeable PCB layout design and can’t meet
the client EMI regulation special requirement as standard that focus on
adding the electronic countermeasure to adjust the HDMI area and
also compare before and after for electronic near field strength
distribution, EMI and eye diagram result.

Test 1: First version PCB of its HDMI port without adding electronic
solution.
Test 2: HDMI port to use the 90 ohm common mode Choke as electronic
solution.
Test 3: HDMI port use 330 ohm parallel resistance as electronic solution.
Test 4: HDMI port use the 90ohm common mode Choke and 330ohm
parallel resistance as electronic solution.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
Abstract V
目錄 VII
圖目錄 X
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究貢獻 2
1.3 問題陳述 3
第二章 何謂EMC及法規驗證需求 6
2.1 EMC簡介 6
2.2 電磁環境與電磁干擾要素 10
2.3 電磁雜訊產生及抑制雜訊設計要點 11
2.3.1 PCB佈線設計要求及建議 13
2.3.2 筆記型電腦機構設計簡介 20
2.4 EMI法規量測規範 23
2.5 EMI實際量測要求 26
2.6 EMI測試環境及注意事項 27
2.6.1 EMI驗證環境 27
2.6.2 EMI場地配置圖 28
2.6.3 EMI驗證注意事項 29
2.7 HDMI簡介 31
第三章 HDMI研究與分析 33
3.1 HDMI雜訊分析與架構 33
3.1.1專案一HDMI電路及PCB layout 35
3.1.2專案二HDMI電路及PCB layout 37
3.2 EMI量測方式與儀器簡介 39
3.2.1 EMI近場量測 39
3.2.2 EMI遠場量測 44
3.3 HDMI佈線改善 46
3.4共模電感使用說明與簡介 49
3.5並聯電阻應用 52
第四章 HDMI EMI量測數據與結果 53
4.1 專案一PCB初版量測數據與結果 53
4.1.1 專案一PCB layout改善後後量測結果 56
4.1.2 專案一PCB layout改善前與後眼圖量測結果 59
4.2 專案二PCB初版量測數據與結果 60
4.2.1 使用共模電感90ohm量測結果 65
4.2.2 使用並聯電阻330ohm量測結果 67
4.2.3 使用共模電感90ohm及並聯電阻330ohm量測結果 69
4.2.4 專案二HDMI眼圖量測結果 71
4.3 量測結果比較 72
第五章 結論 74
參考文獻 76

圖目錄
圖1.1 CISPR 16-1-4場地誤差說明[1] 4
圖1.2 Radiation 30MHz-1GHz量測結果數據 5
圖2.1電磁相容的相關驗證項目 7
圖2.2電磁干擾來源[2] 10
圖2.3電磁干擾形成三大要素 11
圖2.4 訊號線跨切割槽不良設計 12
圖2.5 軟排線與SSD交疊不良設計 12
圖2.6 訊號及電流迴返路徑表示圖[3] 13
圖2.7 貫穿孔電磁干擾圖[3] 14
圖2.8 訊號線貫穿不同參考平面式意圖[3] 15
圖2.9 去耦合電容示意圖[3] 15
圖2.10 鄰近層差動訊號重疊示意圖 16
圖2.11 訊號線3倍線寬原則[4] 17
圖2.12 蛇線方式走線示意圖 18
圖2.13 電源貫穿孔緊鄰高速訊號線示意圖 18
圖2.14 PCB線徑檢驗測點示意圖 19
圖2.15 GND via擺放位置建議示意圖 19
圖2.16 筆記型電腦C件結構示意圖 22
圖2.17 筆記型電腦CD件堆疊結構剖面圖 22
圖2.18 中華民國國家標準局訂定量測規範說明[5] 23
圖2.19 open site場地示意圖 27
圖2.20 10米chamber示意圖 27
圖2.21 法規EN55022 EMI正式場地配置圖 28
圖2.22 法規EN55022 EMI正式場地電子設備架設示意圖 29
圖2.23 待測物周邊線材交錯示意圖 30
圖2.24 HDMI傳輸訊號架構表示圖[6] 31
圖2.25 差動訊號線示意圖[7] 32
圖3.1 專案一之HDMI電路圖 35
圖3.2 專案一之PCB HDMI佈線圖 36
圖3.3 專案二之HDMI電路圖 37
圖3.4 專案二之PCB HDMI佈線圖 38
圖3.5近場環形與筆形天線探棒示意圖 40
圖3.6 近場筆形探針示意圖 40
圖3.7 APREL EM-ISight示意圖[8] 41
圖3.8 APREL EM-ISight system overview示意圖[8] 42
圖3.9 APREL EM-ISight軟體掃描點區域示意圖[8] 42
圖3.10 APREL EM-ISight頻譜分析儀[8] 43
圖3.11 APREL EM-ISight電磁場強分佈3D顯示圖[8] 43
圖3.12 Dekra LAB實地架設圖 44
圖3.13 Dekra LAB量測環境示意圖 45
圖3.14 Dekra LAB量測設備示意圖 45
圖3.15 專案一之差動訊號調整前後比較圖 47
圖3.16 Clock訊號遠離差動訊號示意圖 48
圖3.17 差動訊號線轉層處增加GND via示意圖 48
圖3.18 專案二之HDMI電阻與共模電感co-lay線路圖 49
圖3.19 共模電感原理圖[9] 50
圖3.20 CMC頻率阻抗匹配圖[12] 51
圖3.21 專案二之電阻並聯HDMI訊號線路圖 52
圖4.1 專案一PCB初版之HDMI近場量測區域圖 54
圖4.2 專案一PCB初版之HDMI區域近場場強分佈圖 55
圖4.3 專案一HDMI layout改善後之近場量測區域圖 56
圖4.4 專案一HDMI layout改善後之近場場強分佈圖 57
圖4.5 專案一HDMI layout改善前與後之眼圖量測圖 59
圖4.6 專案二PCB HDMI layout佈線圖 61
圖4.7 專案二PCB HDMI端口區域layout示意圖 61
圖4.8 專案二PCB初版之HDMI近場量測區域圖 63
圖4.9 專案二PCB初版之HDMI區域近場場強分佈圖 64
圖4.10 專案二HDMI加入共模電感示意圖 65
圖4.11 專案二HDMI加入共模電感之近場場強分佈圖 66
圖4.12 專案二HDMI加入並聯電阻示意圖 67
圖4.13 專案二HMDI加入並聯電組之近場場強分佈圖 68
圖4.14 專案二HDMI加入共模電感及並聯電阻示意圖 69
圖4.15 專案二HDMI加入共模電感及並聯電組之近場場強分佈圖 70
圖4.16 專案二HDMI眼圖量測圖 71

表目錄
表2.1 乙類資訊設備法規測試限制值表[5] 24
表2.2 甲類資訊設備法規測試限制值[5] 25
表2.3 各大廠商EMI/ESD要求規格表 26
表2.4 HDMI輸出頻寬速度表[6] 32
表3.1 Murata HDMI 1.4 CMC規格[12] 51
表4.1 專案一PCB初版之EMI量測數據 53
表4.2 專案一HDMI layout改善後之EMI量測數據 58
表4.3 專案二PCB 初版之HDMI EMI量測數據 62
表4.4 專案二HDMI加入共模電感之EMI量測數據 66
表4.5 專案二HDMI加入並聯電組之EMI量測數據 68
表4.6 專案二HDMI加入共模電感及並聯電組之EMI量測數據 70
表4.7 專案一近場量測數據比較表 72
表4.8 專案一遠場量測數據比較表 72
表4.9 專案二近場量測數據比較表 73
表4.10 專案二遠場量測數據比較表 73
參考文獻 參考文獻

[1]IEC website,https://webstore.iec.ch。
[2]姚啟元,“電路板EMC Layout 技術實務運用”,財團法人台灣電子檢驗中心
http://cdn14.21dianyuan.com/download.php?id=311531。
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[5]中華民國經濟部標準檢驗局資料中心“CNS13438資訊技術設備-射頻干擾特性─
限制值與量測方法”,民國96年,pp.7-10。
[6]Intel website,processor 8th datasheet,
https://www.intel.com.tw/content/www/tw/zh/products/docs/processors/c
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[7]http://sipitogether.blogspot.com/2018/01/DifferentialPart1.html
[8]APREL website,https://www.aprel.com/em-isight。
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[10] Chen, Yen-Ting,“Analysis and improvement of common mode noise and
signal integrity at HDMI interface”,2017,pp.7-13。
[11] Mu-Chi Chen,“Level Strength Effect on Eye Diagram and Electromagnetic
Interference for High Definition Multimedia Interface Systems”,2015。
[12] Murata website,https://www.murata.com/。
[13] 姚啟元,“EMC 電磁相容測試與對策技術”,全華科技圖書股份有限公司,民
國94年。
[14]Chih-Hao Lin,“Using Repaired Patches to Improve S-Parameter and Reduce
Common-mode Noise in Bent Differential Transmission Lines”,2017。
[15] Wei-Jen Fang,“Solution of Signal Integrity and Electromagnetic
Radiation Suppression for High Definition Multimedia Interface”,2017。
[16] Mark I. Montrose,“Printed Circuit Board Design Techniques for EMC
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[17] Raymond chang編譯,“印刷電路板設計-在真實世界裡的EMI控制”,2003。
[18] Tsai, Cheng-Hsien,“Investigations of the Effect of the Guard Trace of
Digital High-Speed on Board-level EMI”,2009。
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