通过考虑信号完整性，对8K电视HDMI 2.1连接器进行设计和测量

摘要

在本文中，考虑到信号完整性(SI)，我们提出了一种用于8K电视的HDMI 2.1连接器的设计。另外，还对我们所提议的HDMI 2.1连接器进行了测量。

为了获得高数据速率，在设计连接器时，不仅要考虑机械特性，还要考虑电气特性。我们在考虑SI的情况下设计HDMI 2.1连接器，其中包括特征阻抗、差分插入损耗和衰减至串扰比(ACR)。我们修改了金属引脚和介电材料的结构，以提高SI性能。

所提议的HDMI 2.1连接器已使用3D电磁(EM)模拟器，通过时域和频域仿真进行了验证。提议的HDMI 2.1连接器显示出比以前的连接器更高的SI性能。另外，提议的连接器通过测量得到了验证。利用提议的HDMI设计，它在24 Gbps时显示出更好的SI特性，有望达到下一代HDMI连接器的数据速率。

关键字

HDMI 2.1，高速连接器，信号完整性(SI)，模拟，测量

一、引言

近年来，对多媒体和视频设备的高数据速率的需求增加了。HDMI已经成为高清视频和音频的非常流行的数字接口。特别是，当采用4K、8K超高清(UHD)电视时，需要通过HDMI进行高数据速率传输。随着数据速率的提高，源(视频播放器)和接收器(TV)之间的互连成为可靠数据传输的瓶颈。互连可能会导致信号完整性(SI)问题，例如电磁干扰(EMI)、串扰、信道符号间干扰(ISI)和信号抖动。因此，随着数据速率的提高，HDMI连接器的设计应考虑SI。

在本文中，我们提出了考虑到SI的用于8K电视的HDMI 2.1连接器的设计。图1显示了建议的HDMI 2.1连接器的3D视图。另外，我们首先测量设计的HDMI 2.1连接器，以验证SI性能。为了提高HDMI连接器的SI性能，我们考虑了设计规则和机械可靠性，修改了金属引脚和介电材料的形状。

图1.提议的用于8K电视的HDMI 2.1连接器的3D视图。插头将连接到电缆。插座将安装到板上。

为了验证所提出设计的SI性能，我们进行了3D电磁(EM)仿真。此外，提议的HDMI 2.1连接器已通过测量验证。提议的HDMI 2.1连接器比以前的HDMI 2.1连接器显示出更好的SI性能。

二、用于8K电视的HDMI 2.1连接器的提议设计

图2示出了先前和我们提出的HDMI 2.1连接器的金属引脚的剖视图。为了提高HDMI 2.1数据通道的SI性能，我们通过更改设计参数(包括金属插针的宽度、厚度和长度)，修改了金属插针的设计。为了减少金属引脚之间的电容耦合，考虑到设计规则和制造限制，我们减小了金属引脚的宽度和厚度。

另外，为了最小化金属销的长度，我们修改了插座中金属销的垂直形状，如图2(b)所示。随着金属销钉的形状从以前的设计更改为所提议的设计，引脚的长度从大约5毫米减少到4.2毫米。

图2.先前的HDMI 2.1连接器(a)和提议的HDMI 2.1连接器(b)的金属引脚的剖视图。

图3显示了HDMI 2.1插座的金属引脚和介电材料的正视图。如图3所示，金属引脚被绝缘材料包围，以提高机械可靠性。为了减少金属引脚之间的电容耦合，如图3(b)所示，考虑到设计规则和制造限制，我们在介电材料中添加了气隙。HDMI 2.1数据通道的目标阻抗范围是90到110。从而确定我们的设计参数以满足目标阻抗范围。

图3.先前的HDMI 2.1插座(a)和提议的HDMI 2.1插座(b)的金属引脚和介电材料的正视图。

三、提议的HDMI 2.1连接器的基于仿真和测量的验证