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系統識別號 U0002-2011201311380900
中文論文名稱 分析印刷電路板高清晰多媒體介面訊號線導孔對電磁干擾之影響
英文論文名稱 Analysis of Via Hole Effects on Printed Circuit Board High Definition Multimedia Interface Electromagnetic Interference
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 Engineering
學年度 102
學期 1
出版年 103
研究生中文姓名 邱唯銘
研究生英文姓名 Wei-Ming Chiu
學號 799440267
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-10-31
論文頁數 78頁
口試委員 指導教授-劉寅春
委員-江東昇
委員-邱謙松
中文關鍵字 HDMI  PCB  EMI  貫穿導孔  through via 
英文關鍵字 HDMI  PCB  EMI  through via 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 高清晰度多媒體介面HDMI(High Definition Multimedia Interface)在目前3C 產品逐漸普及化,幾乎在Notebook、Ultra book、all-in-one PC (AIO)、Tablet PC甚至手機也可能有HDMI Port,這樣複雜的系統中HDMI訊號在印刷電路板(Printed circuit board, PCB)的電磁輻射干擾(Electromagnetic Interference, EMI)問題,一直是EMC (Electromagnetic Compatibility, EMC)工程師解決電磁輻射干擾EMI最為困擾的問題。本論文實驗針對印刷電路板HDMI訊號線貫穿導孔的佈局,分析EMI的影響與差異,同時也對訊號線的阻抗匹配做比較分析。
本論文在all-in-one PC的印刷電路板中佈局兩個版本,比較當HDMI訊號走線在印刷電路板六層板中通過4個vias(貫穿導孔)與2個vias(貫穿導孔)的EMI差異。運用頻譜分析儀近場量測觀察EMI的輻射強度,再用3米的無反射電波暗室量測4 vias與2 vias的EMI差異,量測頻率為30MHz~1GHz。實驗中另外也運用時域反射儀量測HDMI訊號線的阻抗匹配,分析EMI輻射強度與線路阻抗匹配之間的關係。
英文摘要 The High-Definition Multimedia Interface (HDMI) becomes more and more common in current 3C products, such as Notebook, Ultra book, all-in-one PC (AIO), Tablet PC. Even a mobile phone may have HDMI Port. In such a complex system, the electromagnetic interference (EMI) of HDMI signal on printed circuit board (PCB) is always one of the difficult issues for an EMC engineer.
This thesis focus on the layout of through vias of HDMI signal routing which analyzes the impacts of EMI and compares differences of EMI and the signal impedance matching.
Two different layouts of HDMI signal routing of PCB in an all-in-one PC will be designed for comparing the differences between the HDMI signal routing with four vias (through vias) and signal routing with two vias (through vias) in a 6-layer motherboard.
Using spectrum analyzer with near-field measurement to observe the EMI radiation intensity, and then use three meters of non-reflective chamber to measure the differences between 4 vias and 2 vias of EMI in frequency 30MHz to 1GHz.
This experiment also uses Time Domain Reflectometer (TDR) to measure the impedance matching of HDMI signal routing and analyze the relationship between the EMI radiation intensity and the impedance matching of signal line.
論文目次 目 錄
目 錄 I
表目錄 IV
圖目錄 V
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 PCB 板材介紹 5
2.1.1常見的覆銅板構造、特性及辨別 7
2.1.2 PCB 製程 8
2.2 PCB多層板堆疊 9
2.2.1多層板用途 10
2.2.2 層(LAYER) 堆疊的分配 11
2.3 PCB導孔介紹 13
2.3.1 電流路徑 14
2.3.2 貫孔寄生效應 15
2.3.3 寄生電容 16
2.3.4 寄生電感 17
2.4 HDMI(HIGH-DEFINITION MULTIMEDIA INTERFACE)介紹 18
2.5差動訊號(DIFFERENTIAL SIGNAL) 20
2.5.1共模信號 21
2.5.2差模信號. 21
2.6 電磁輻射干擾(ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE -EMI) 23
2.6.1 電磁環境 24
2.6.2 電磁干擾的三個要素 24
2.6.3 PCB EMI防治 26
2.7 EMC相容與法規 29
2.7.1 電磁相容法規測試項目 31
2.7.2 電磁輻射測試方法(RADIATION) 33
第三章 實驗方法與環境 38
3.1實驗架構 40
3.2實驗走線佈局方法 41
3.3量測方法 47
3.3.1近場RADIATION量測 48
3.3.2 TDR量測 49
3.3.3 RADIATION量測 50
3.4 儀器介紹 53
第四章 測試數據分析 54
4.1 HDMI走線電磁近場量測數據 55
4.2 HDMI TDR走線阻抗量測數據 65
4.3HDMI EMI 3米電波暗室測試 71
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常見的覆銅板構造、特性及辨別 7
表2.2多層板用途 10
表2.3多層板各層數的堆疊方法 12
表2.4 10m甲類資訊類產品Radiation限制值……………………….35
表2.5 10m乙類資訊類產品Radiation限制值……………………….36
表2.6 3m甲類資訊類產品Radiation限制值………..………………36
表2.7 3m乙類資訊類產品Radiation限制值…………………………37
表2.8實驗AIO PC機台規格介紹……………………………………..39
表2.9 Type A HDMI Connector pin…………………………………39
表3.0 PCB六層堆疊表.……………………………………………….41
表3.1電磁近場量測數據……………………………………………..55
表3.2 TDR量測數據…………………………………………………..65
表3.3 EMI數據………………………………………………….…….71


圖目錄
圖1.1 HDMI貫穿孔5 vias……………………………………………2
圖1.2 HDMI貫穿孔5 vias EMI 資料……………………………….3
圖2.1 PCB 製程圖[1]……………………………………………….8
圖2.2 盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和貫穿導孔(through via)…14
圖2.3電流迴返路徑...............................................................................15
圖2.4 導孔尺寸圖.................................................................................16
圖2.5差動訊號波型…………………………………………………...20
圖2.6共模信號傳輸…………………………………………………...21
圖2.7差模信號傳輸…………………………………………………...22
圖2.8共模扼流線圈結構圖……..…………………………………….28
圖2.9 未展頻信號與展頻信號…….………………………………….29
圖3.0 Radiation 測試場地圖…………………………………………34
圖3.1 Radiation測試配置圖………………………………………….34
圖3.2實驗架構圖…………..………………………………………….40
圖3.3 Layout Top HDMI Connector位置圖………………………….42
圖3.4 Layout Bottom PCH位置圖…………………………………….42
圖3.5 HDMI線路一…………………………………………………....43
圖3.6 HDMI線路二…………………………………………………....43
圖3.7 Layout Bottom層電容位置………..………………………….44
圖3.8 Layout Top層電容位置………………………………………..44
圖3.9 四個貫穿導孔……….………………………………………….45
圖4.0 PCB 4via剖面圖……….……………………………………….45
圖4.1 兩個貫穿導孔…………….…………………………………….46
圖4.2 PCB 2via剖面圖…………….………………………………….46
圖4.3主機板HDMI測試點………………………………………….....47
圖4.4近場Radiation測量方式圖……………………………………..48
圖4.5 PCB裸板………………………………………………………...49
圖4.6 TDR 量測方式圖………………………………………………..50
圖4.7 Radiation天線垂直測試圖……………………………….....51
圖4.8 Radiation天線水平測試圖……………………………….....51
圖4.9 Advantest U3751 Spectrum Analyzer 頻譜分析儀…………52
圖5.0 Agilent Infiniium DCA-J 86100C時域反射儀時域分析儀…53
圖5.1 2via與4via EMI近場量測比較圖.………….………………..56
圖5.2 電磁近場 4via HDMI_TXC_C+…………….………………....56
圖5.3電磁近場 4via HDMI_TXC_C-….……………………………...57
圖5.4 電磁近場 4via HDMI_TX0_C+………………………………...57
圖5.5 電磁近場 4via HDMI_TX0_C-………………………………...58
圖5.6 電磁近場4via HDMI_TX1_C+………………………………....58
圖5.7 電磁近場 4via HDMI_TX1_C-………………………………...59
圖5.8 電磁近場4via HDMI_TX2_C+………………………………....59
圖5.9 電磁近場 4via HDMI_TX2_C-………………………………...60
圖6.0 電磁近場 2via HDMI_TXC_C+…………………………….....60
圖6.1 電磁近場2via HDMI_TXC_C-………………………………....61
圖6.2 電磁近場2via HDMI_TX0_C+………………………………....61
圖6.3 電磁近場 2via HDMI_TX0_C-………………………………...62
圖6.4 電磁近場2via HDMI_TX1_C+………………………………....62
圖6.5 電磁近場 2via HDMI_TX1_C-………………………………...63
圖6.6電磁近場 2via HDMI_TX2_C+………………………………....63
圖6.7電磁近場 2via HDMI_TX2_C-………………………………....64
圖6.8 2 via V.S. 4via TDR 量測數據差異圖………………………66
圖6.9 TDR 4via HDMI_TXC+/-……………………………………....66
圖7.0 TDR 4via HDMI_TX0+/-…….………………………………...67
圖7.1 TDR 4via HDMI_TX1+/-……………………………………....67
圖7.2 TDR 4via HDMI_TX2+/-……………………………………....68
圖7.3 TDR 2via HDMI_TXC+/-……………………………………....68
圖7.4 TDR 2via HDMI_TX0+/-……………………………………....69
圖7.5 TDR 2via HDMI_TX1+/-……………………………………....69
圖7.6 TDR 2via HDMI_TX2+/-……………………………………....70
圖7.7 EMI 4via測試圖天線水平………………………………......72
圖7.8 EMI 4via測試圖天線垂直……………………………………..73
圖7.9 EMI 2via測試圖天線水平……………………………………..74
圖8.0 EMI 2via測試圖天線垂直……………………………………..75




參考文獻 參考文獻
一.中文部分
[1]林水春編著,”印刷電路板設計與製作”,全華科技圖書股份有限公司,2000年。
[2]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。
[3]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。
[4]中國國家認證認可監督管理委員會- CCC官網:http://www.cnca.gov.cn/cnca/
[5]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
[6]http://www2.nsysu.edu.tw/IEE/lou/elec/web/process/pcb.htm
[7]Mark I. Montrose, Printed Circuit Board Design Techniques for EMC Compliance. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc New York UAS, IEEE Order Number: PC5595, 1996.
[8]http://home.educities.edu.tw/oldfriend/SIwave/via%20effect.htm,更新日期08/17/2013。
[9]B. R. Archambeault, PCB Design for Real-World EMI Control, Kluwer Acamemic Publishers, 2002.
[10]J. Ardizzoni, “A Practical Guide to High Speed Printed Circuit Board Layout,” Analog Dialogue, Vol. 39, Sep. 2005.
[11]High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.4. http://www.hdmi.org/download/press_kit/PressBriefing_HDMI1_4_Final_083109.pdf
[12]Guo, Ting, Dan Y. Chen, Fred C. Lee,“ Separation of the Common-Mode-and-Differential-Mode-Conducted EMI Noise,” IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 11, No. 3, 1996, pp. 480-488.
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[14]Murata Manufacturing Co., Ltd. “Noise suppression by EMLFIL Application Guide Application Manual,” April, 2012.
[15]Intel, “Design for EMI,” Application Note AP-589, Februaty 1999.
[16]International Electrotechnical commission, CE官網http://www.iec.ch/emc/explained/
[17]Voluntary Control Council for Interference, VCCI官網http://www.vcci.jp/vcci_e/
[18] Federal Communications Commission , FCC官網 http://www.fcc.gov/
[19]Australian Communications and Media Authority, C-TICK 官網http://www.acma.gov.au/Industry/Suppliers/Equipment-regulation/EMC-Electromagnetic-compatibility
[20]HDMI Pin Define, http://pinouts.ru/Video/hdmi_pinout.shtml
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-12-19公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2013-12-19起公開。


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