現今社會逐漸重視電磁波干擾的形成與對人體上的危害及影響等問題，本文主要研究現今影音通訊上廣泛使用的HDMI介面在超高解析度(Ultra –High- Definition 4K2K resolution)對於在EMI電磁波輻射干擾(Electromagnetic Interference，EMI)抑制之最佳成效。

    本論文使用標準的EMI實驗室與量測設備，透過實際量測與分析，進而了解HDMI介面在30MHZ ~ 1GHZ的數值是否符合國際法規的要求。目前市面上消費筆記型個人電腦(Note Book PC)的CPU標準輸出為HDMI1.4規格，因為要符合現今市面4K2K超高解析度的顯示器裝置，所以加入一顆Repeater晶片轉換成符合4K2K超高解析度的HDMI介面訊號。

    本文將針對印刷電路板上顯示晶片擺放距離、不同的雜訊抑制元件、訊號線路佈線設計等方法，藉由模擬及實際量測HDMI介面訊號在超高解析度時的電磁波輻射，實驗如何抑制其本身電磁波干擾但又不會衰減訊號完整度。並與標準認證實驗室量測出的測試結果做比較，尋求最佳化的設計。

People are paying more and more attention on the radio radiation endangers human body. Interface of HDMI are now in widespread use for Ultra –High- Definition 4K2K resolution. As we know the higher speed or the higher resolution could make more noise. So our objective is hoping to find out the better EMI design for interface of HDMI for 4K2K resolution. In this research, we are using the qualified LAB, equipments and methods to do this analysis. By this research, we hope to find out the better design of interface of HDMI for 4K2K resolution and meet standard.

     Due to CPU output signal is HMDI 1.4 in Notebook PC nowadays. Vendors will use a PARADE PS-8407 repeater to transformer the 
HDMI signal to 4K2K signal. We will study a method how to not only reduce radio radiation but keep HDMI signal completely.

     Our measure or simulation method will depends on the chipset location on PCB, various common chokes, layout design of HDMI signal to get difference results. Then we could get the best design by compare these methods

目  錄
中文摘要	.Ⅰ
英文摘要	.Ⅱ
目錄	.Ⅲ
表目錄	Ⅷ
圖目錄	Ⅸ
第一章 緒論	1
1.1研究動機	1
1.2問題陳述	2
1.3研究架構	4
第二章 研究方法與內容	5
2.1 特性分析	5
    2.1.1 HDMI介面簡介	5
    2.1.2 HDMI解析度規格	8
    2.1.3差動訊號	9
    2.1.4 TMDS與LVDS差異性	11
    2.1.5眼圖量測與介紹	11
    2.1.6 4K2K去除訊號抖動晶片介紹	13
2.2 HDMI訊號PCB佈線準則	16
    2.2.1 三倍線寬法則	16
    2.2.2 TMDS訊號等長及緊鄰	18
    2.2.3 電路板導孔介紹	19
    2.2.4 多層板堆疊與介紹	20
    2.2.5 Connector端佈線	22
2.3 應用於差動訊號的EMI對策	23
    2.3.1 共模濾波器 	23
    2.3.2 阻抗匹配 	25
    2.3.3 去耦合電容	27
    2.3.4 Keysight ADS 模擬軟體分析介紹	27
2.4 電磁輻射干擾與環境28
    2.4.1 電磁環境	28
    2.4.2 電磁輻射與訊號完整度的關係	29
2.5 EMC電磁相容與法規介紹	30
    2.5.1電磁相容法規測試項目 	31
    2.5.2 電磁相容與各國法規介紹.	33
    2.5.3 電磁輻射測試環境介紹.	34
第三章 實驗方法與環境	37
3.1實驗架構 	38
3.2實驗方式 	39
    3.2.1 電路板上初始狀態.	39
    3.2.2 對策一、使用共模濾波器對訊號的影響.	40
    3.2.3 對策二、訊號線加上終端並聯電阻	41
    3.2.4 對策三、re-driver擺放位置及佈局的影響.	42
3.3量測方法 	43
    3.3.1實驗一 近場頻譜分析儀量測	44
    3.3.2 實驗二 訊號眼圖量測	45
    3.3.3 實驗三 Keysight ADS模擬軟體分析 	46
    3.3.4 實驗四 Radiation 3米電波暗室量測 	47
3.4 儀器介紹 	48
    3.4.1頻譜分析儀(Agilent E4402B) 規格	48
    3.4.2數位取樣示波器(Tektronix DSA 71604C) 	49
 第四章 測試數據及結果分析 	50
4.1 HDMI走線電磁近場量測數據 	51
4.2 HDMI 走線眼圖訊號量測 	60
4.3模擬不同訊號長度之眼圖數據  	65
    4.3.1無貫穿孔走線	66
    4.3.2一個貫穿孔走線	67
    4.3.3二個貫穿孔走線	69
4.4三米電波案是測試數據  	71
    4.4.1初始狀態量測數據.	72
    4.4.2 對策一量測數據	73
    4.4.3 對策二量測數據	74
    4.4.4 對策三量測數據	75
第五章 結論與建議	76
5.1 結論	76
5.2 建議	77
參考文獻	78











表目錄
表2.1 HDMI各版本規格	9
表2.2抖動的原因	15
表4.1電磁輻射近場量測表	51
表4.2眼圖訊號量測表	60
表4.3模擬不同線長的眼圖結果	65
表4.4電波暗室測試數據	71
表4.5 EMI測試結果	71
表5.1有效對策成本比較表	76

 






圖目錄
圖1. 1 4K2K解析度時的工作頻率	2
圖1. 2 HDMI訊號 EMI 雜訊頻率	3
圖2. 1 HDMI Type A尺寸圖	5
圖2. 2 HDMI腳位定義圖	6
圖2. 3 TMDS訊號工作圖	7
圖2. 4 差動訊號傳送方式	10
圖2. 5眼圖抖動及電壓雜訊示意圖	11
圖2. 6 眼圖高度及寬度示意圖	12
圖2. 7 相位抖動(上)與抖動幅度(下)	14
圖2. 8 運用於印刷電路板上之3W-Rule示意圖	16
圖2. 9 3W之設計原則示意圖	17
圖2. 11 差分訊號需緊鄰且等長	18
圖2. 12 盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和貫穿導孔(through via)	19
圖2. 13 六層板堆疊示意圖	21
圖2. 14 八層板堆疊示意圖	21
圖2. 15 斜切式彎曲佈線	22
圖2. 16共模扼流線	23
圖2. 17 共模雜訊示意圖	24
圖2. 18 實際線路使用並聯電阻控制阻抗匹配	26
圖2. 19 EMI問題點探討示意圖	28
圖2. 20 各國EMI的法規	33
圖2. 21 Radiation 測試場地圖	35
圖2. 22 EMI場地示意圖	36
圖3. 1 PCB線路初始狀態	39
圖3. 2 實際PCB板PCB線路增加Common mode choke	40
圖3. 3 Layout線路增加Common mode choke	40
圖3. 4 實際PCB板PCB線路增加Parallel resistance	41
圖3. 5 Layout線路增加Parallel resistance	41
圖3. 6原始TMDS線路走線距離	42
圖3. 7 縮短TMDS線路走線距離	42
圖3. 8 顯示輸出解析度3840*2160	43
圖3. 9 近場量測照	44
圖3. 10 量測訊號眼圖	45
圖3. 11 Keysight ADS 模擬軟體	46
圖3. 12 3m量測場地	47
圖3. 13 3m量測設備	47
圖3. 14 Agilent E4402B頻譜分析儀	48
圖3. 15 Tektronix DSA 71604C數位取樣示波器	49
圖4. 1 電磁輻射分佈圖	51
圖4. 2 TX0電磁強度: 57.9dBµV	52
圖4. 3 TX1電磁強度: 61.1dBµV	52
圖4. 4電磁強度: 63.16dBµV	53
圖4. 5 TXC電磁強度: 56.58dBµV	53
圖4. 6 TX0電磁強度: 56.22dBµV	54
圖4. 7 TX1電磁強度: 56.34dBµV	54
圖4. 8 TX2電磁強度: 57.79dBµV	55
圖4. 9 TXC電磁強度: 54.59dBµV	55
圖4. 10電磁強度: 56.33dBµV	56
圖4. 11 TX1電磁強度: 54.8dBµV	56
圖4. 12電磁強度: 54.15dBµV	57
圖4. 13 TXC電磁強度: 52.25dBµV	57
圖4. 14 TX0電磁強度: 53.28dBµV	58
圖4. 15 TX1電磁強度: 51.75dBµV	58
圖4. 16 TX2電磁強度: 51.93dBµV	59
圖4. 17 TXC電磁強度: 52.21dBµV	59
圖4. 18 TX0訊號眼圖	61
圖4. 19 TX1訊號眼圖	61
圖4. 20 TX2訊號眼圖	61
圖4. 21 TX0訊號眼圖	62
圖4. 22 TX1訊號眼圖	62
圖4. 23 TX2訊號眼圖	62
圖4. 24 TX0訊號眼圖	63
圖4. 25 TX1訊號眼圖	63
圖4. 26 TX2訊號眼圖	63
圖4. 27 TX0訊號眼圖	64
圖4. 28 TX1訊號眼圖	64
圖4. 29 TX2訊號眼圖	64
圖4. 30 模擬trance length 500mils	66
圖4. 31 模擬trance length 1000mils	66
圖4. 32  trance length 2500mils	67
圖4. 33 模擬1 Via trance length 500mils	67
圖4. 34 模擬1Via trance length 1000mils	68
圖4. 35 模擬1Via trance length 2500mils	68
圖4. 36 模擬2Via trance length 500mils	69
圖4. 37 模擬2Via trance length 1000mils	69
圖4. 38 模擬2Via trance length 2500mils	70
圖4. 39 初始890MHz 垂直天線測試圖	72
圖4. 40 初始890MHz 水平天線測試圖	72
圖4. 41 對策一 890MHz 垂直天線測試圖	73
圖4. 42 對策一 890MHz 水平天線測試圖	73
圖4. 43 對策二 890MHz 垂直天線測試圖	74
圖4. 44 對策二 890MHz 水平天線測試圖	74
圖4. 45 對策三 890MHz 垂直天線測試圖	75
圖4. 46 對策三 890MHz 水平天線測試圖	75

參考文獻
一.	中文部分
[1] 	林昆賢，”多層印刷電路板中佈線及過孔對EMI輻射的效應分析”，2000年。
[2] 	林明星、許崇宜、林漢年、邱政男、陳居毓、吳俊德、何子儀、謝翰璋、王曉謙，”電磁相容理論與實務”，全華科技圖書股份有限公司，2007年12月。
[3] 	姚啟元譯，EMC電磁相容測試與對策技術，台北：全華出版公司，2005，第1之1-1之2頁。
[4] 	楊繼深，電磁相容技術之產品研發與認證，台北：全華出版公司，2005，
[5] 	蔡政憲，防護線對高速數位信號在板級的電磁干擾影響探討，碩士論文，國立交通大學電機學院，新竹，2009。
[6] 	中華民國經濟部標準檢驗局資料中心，“CNS13438 資訊類設備-射頻擾動特性-限制質與量測方法”，民國96年。

二.西文部分
[7] 	Ahmadyan, S.N, “Fast eye diagram analysis for high-speed CMOS circuits,”
Design, Automation &Test in Europe Conference & Exhibition
[8] 	Algorithm and VLSI Architecture of Edge-Directed Image Upscaling for 4K Display System Chen, Q.; Sun, H.; Zhang, X.; Tao, H.; Yang, J.; Zhao, J.; Zheng, N. Circuits and Systems for Video Technology, IEEE Transactions on Year: 2015,
[9] 	HDMI Pin Define, http://pinouts.ru/Video/hdmi_pinout.shtml
[10] 	High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.4.    
[11] 	Mark I.Montrose, PRINTED CIRCUIT BOARD DESIGN TECHNIQUES FOR EMC COMPLIANCE, New York：IEEE Press,2000,pp.30-34.
[12] 	Murata Manufacturing Co., Ltd. “Noise suppression by EMLFIL Application Guide Application Manual,” April, 2012.
[13] 	Parade S8407A_DS_Ver1.4 , http://www.paradetech.com/ps8704a
[14] 	S. Wang, W.G., and F.C .Lee , “Controlling the parasitic parameters to improve EMI filter performance,” Proceeding, IEEE Applied Power Electronics Conference,V.01 Feb.2004,p503-509
[15] 	International Electro technical commission, CE官網 http://www.iec.ch/emc/explained/
[16] 	Federal Communications Commission , FCC官網 http://www.fcc.gov/