Murata HDMI 2.1のノイズ抑制対策

背景

HDMI 2.1には、HDMI 2.0の約2.7倍の最高帯域幅があり、1レーンあたりの最高信号伝送速度はHDMI 2.0の2倍です。HDMI 2.0は3つのデータレーンとクロックレーンで構成されていますが、HDMI 2.1にはクロックレーンがなく、代わりに4つのデータレーンがあります。

このようにしてHDMI 2.1は、以前よりも速い信号を送信します。そのため、ノイズ抑制対策を実施する際に信号の品質が損なわれないように注意が必要です。

HDMI通信が行われた場合、2つの騒音の問題が妥当と考えらえます:
        •  放射ノイズ1: HDMIから発生するノイズが機器内部のWi-Fi®アンテナに干渉し、Wi-Fi通信感度（Intrasystem EMC）を低下させます。
        •放射ノイズ2: ノイズはHDMI機器またはケーブルから放射（排出）

Murataの研究は、放射線ノイズ1のイントラシステムのEMCに焦点を当て、その是正措置を検討しています。

HDMI 2.1のノイズ抑制

HDMIのような高速差動信号線に通常のノイズフィルタが使用されている場合、信号の品質が劣化し信号は適切に送信されません。このため、コモンモード・チョーク・コイル（CMCC）が適切なソリューションです。HDMI信号が高速であるため、Murataは高速信号に最適なCMCCを選択しました。CMCCは、HDMIソース側のICの出力ピンの近くおよびシンク側のコネクタの近くに設置されています。

ソース側のCMCCはIC付近にインストールされており、ソース側の伝送ICから発生するコモンモードノイズを抑制できます。これは、シンク側でのコモンモードノイズの伝播を防止することによって達成されます。

シンク側のCMCCは、コモンモードノイズがWi-Fiアンテナに入らないようにすることによって、シンク機器のHDMI信号配線から発生するコモンモードノイズを抑制できます。

推奨のCMCC

これらのMurata CMCCは、HDMI 2.1ノイズ抑制対策に推奨されます。

        •  DLM0NSB120HY2D
        •DLM0QSB120HY2D - 高コモンモードインピーダンスと優れたノイズ抑制性能
•NFG0QHB542HS2D - 信号への影響が極めて小さい

イントラシステムEMCのノイズ抑制

MurataはHDMI通信がWi-Fiに与える影響を検証しました。HDMI 2.1通信が開始するとWi-Fiの受信感度が2.4GHzと5GHzの帯域で6dBから10dB低下したことを確認しました。Murataは、実際にWi-Fiに入るノイズを確認し、2.4GHzおよび5GHz帯と重なっていると判断しました。

放射ノイズのノイズ抑制

続いてMurataは、放射ノイズの抑制対策を検討しました。まず、HDMI 2.0とHDMI 2.1のノイズスペクトルの違いを確認しました。

        •  従来のHDMI2.0からの放射ノイズ
               ▪ 1GHz〜3GHz周波数帯で幅広く発生するノイズ
        •  HDMI2.1からの放射ノイズ
               ▪ 1GHz〜6GHz周波数帯で発生するノイズ

これは、Murataに、HDMI 2.1で高周波ノイズが発生したことを示しました。

CMCCによる放射ノイズ抑制の結果

CMCC（DLM0NSB120HY2）をソース側に取り付けると、HDMI 2.1ノイズを除去できます。CMCCを使用した後も放射ノイズは残されていますが、このノイズの多くはソース機器のボードに個別に設置されているDRAMの放射ノイズです。

信号品質への影響の確認

HDMI 2.1のアイマスク試験では、CMCCを使用した後であっても信号波形が同一であることが示されました。ACコモンモードノイズはCCMCを使用することによって47%低減されました。

結論

        • WiｰFi受信感度の降下を防止するための計測
               ▪ HDMI 2.1通信中にWi-Fi受信感度が降下するという問題が発生しましたが、CMCCを使用することによって改善できました。

        • 放射ノイズのノイズ抑制計測（放出防止のための計測）
               ▪ HDMI 2.1では、1GHz～6GHzの範囲で放射ノイズが発生しましたが、CMCCの使用によって改善できました。

        • 信号波形への影響
               ▪ CMCC挿入してもアイマスク試験への影響はありませんでした。
               ▪ CMCCの使用によって、ACコモンモード電圧が低下しました。

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