高速信号路径设计
高速公路路线设计
高速公路路线设计高速公路是现代交通系统中的重要组成部分，为了提高交通效率和经济发展，科学合理的路线设计非常关键。
本文将介绍高速公路路线设计的原则和方法。
一、背景介绍随着经济的发展和人口的增长，高速公路的需求变得越来越迫切。
高速公路的规划和设计应该兼顾地理环境、交通流量、城市发展等多方面因素。
在进行路线设计时，需要综合考虑这些因素，以尽量减少对自然环境的破坏，提升道路的通行能力和安全性。
二、路线设计原则1. 短程性：高速公路的设计应该尽量减少行车距离和时间。
以人们的出行需求为基础，合理安排起点和终点，并在路线设计中考虑到当地的交通状况，选择最佳线路。
2. 通行能力：高速公路的设计应该具备较高的通行能力以应对日益增长的交通流量。
考虑到车辆的长宽比、坡度、弯道等因素，在设计过程中合理规划车道数量和宽度，以确保高速公路的通行效率。
3. 安全性：高速公路是高速交通工具的主要通行道路，安全性是设计工作中至关重要的因素。
在路线设计中，应该避免或减少陡坡、陡弯等危险区段，合理设置超车道、减速带和交通标志，保证道路的安全性和通行畅顺。
4. 经济性：高速公路的建设需要大量的投入，因此在路线设计中考虑到经济性也是至关重要的。
合理利用地形和地势特点，减少土地征用和工程造价的同时，还应该考虑到高速公路的维护费用和运营成本。
三、路线设计方法1. 基础调研：在进行路线设计之前，需要进行详细的调研，了解地形地貌、交通状况、城市规划等信息。
通过现场勘测和数据收集，获得准确的基础数据。
2. 地理信息系统（GIS）分析：利用GIS技术，将调研所得到的地理数据进行处理和分析，综合考虑地形、气候、土壤等因素，确定可能的路线走向。
3. 可行性研究：在确定初步路线之后，需要进行可行性研究。
根据地质、水文、环保等方面的条件要求，评估路线的可行性和可持续性。
4. 优化设计：在确定可行方案后，通过优化设计来进一步提高路线的性能和效益。
采用工程经济学原理和交通仿真技术，评估不同方案的经济性和交通运行效果，选择最佳的设计方案。
高速信号走线规则
高速信号走线规则随着信号上升沿时间的减小，信号频率的提高，电子产品的EMI问题，也来越受到电子工程师的关注。
高速PCB设计的成功，对EMI的贡献越来越受到重视，几乎60％的EMI问题可以通过高速PCB来控制解决。
规则一：高速信号走线屏蔽规则在高速的PCB设计中，时钟等关键的高速信号线，走需要进行屏蔽处理，如果没有屏蔽或只屏蔽了部分，都是会造成EMI的泄漏。
建议屏蔽线，每1000mil，打孔接地。
如上图所示。
规则二：高速信号的走线闭环规则由于PCB板的密度越来越高，很多PCB LAYOUT工程师在走线的过程中，很容易出现这种失误，如下图所示：时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了闭环的结果，这样的闭环结果将产生环形天线，增加EMI 的辐射强度。
规则三：高速信号的走线开环规则规则二提到高速信号的闭环会造成EMI辐射，同样的开环同样会造成EMI辐射，如下图所示：时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了开环的结果，这样的开环结果将产生线形天线，增加EMI 的辐射强度。
在设计中我们也要避免。
规则四：高速信号的特性阻抗连续规则高速信号，在层与层之间切换的时候必须保证特性阻抗的连续，否则会增加EMI的辐射，如下图：也就是：同层的布线的宽度必须连续，不同层的走线阻抗必须连续。
规则五：高速PCB设计的布线方向规则相邻两层间的走线必须遵循垂直走线的原则，否则会造成线间的串扰，增加EMI辐射，如下图：相邻的布线层遵循横平竖垂的布线方向，垂直的布线可以抑制线间的串扰。
规则六：高速PCB设计中的拓扑结构规则在高速PCB设计中有两个最为重要的内容，就是线路板特性阻抗的控制和多负载情况下的拓扑结构的设计。
在高速的情况下，可以说拓扑结构的是否合理直接决定，产品的成功还是失败。
如上图所示，就是我们经常用到的菊花链式拓扑结构。
这种拓扑结构一般用于几Mhz的情况下为益。
高速的拓扑结构我们建议使用后端的星形对称结构。
高速设计之差分走线
高速设计之差分走线在进行高速电路设计时，经常会遇到差分对的走线设计，这主要源于差分走线的如下优势：1、抗干扰能力强，接收端只关心两信号差值，外界的共模噪声可完全抵消（对内干扰）。
2、有效抑制EMI，由于两信号线极性相反，通过耦合，对外界的辐射干扰可相互抵消（对外干扰）。
3、时序定位准确，等等。
当然，很多人对差分走线也存在不少误区，常见的如下：1、认为差分信号不需要地平面作为回流路径，或者认为差分走线彼此为对方提供回流路径。
2、认为保持等距比匹配线长更重要。
3、认为差分走线一定要靠得很近。
下面就谈一下个人在这方面的学习心得。
1、信号回流如上图所示，A、B是一个高速信号的差分对，A对应的回流为C，B对应的回流为D。
A 和B的电流大小相等，方向相反，同理C和D也是如此。
当差分信号A、B之间的距离足够近的情况下，C、D也是足够的近，那么由于C、D大小相等，方向相反，所以流过回流平面的电流为0，也就是说，A和B的回流不依赖于回流平面，而是差分线之间实现回流。
当然前提条件是C、D足够近，但是，在实际的应用中，只能实现大部分的电流在差分线之间回流，还是有一部分的回流是经过回流平面的。
因此，在进行差分走线时，回流平面还是要保证完整，否则容易出问题。
2、强耦合与弱耦合通常，如果差分线之间的距离很近，回流基本上是经过差分线之间，而很少通过回流平面，那么称之为强耦合；否则称之为弱耦合。
可以说强耦合对回流平面依赖比较低，而弱耦合对回流平面依赖比较高。
那么是不是设计的时候把差分线设计成越近越好呢，也不完全是这样，因为在实际的PCB设计过程中，为了确保差分线的等长，经常需要把其中的一根线拐弯打折，这样，对于强耦合来说，阻抗变化的影响就比较大，而对于弱耦合来说，阻抗变化就比较小，此时弱耦合就比较有优势了。
3、等长问题讲到差分线，肯定会有等长的要求，那么一个差分线之间的等长应该控制到什么程度就比较合理呢，完全等长做不到，也不必要。
高速无线通信中的信道建模与传输优化
高速无线通信中的信道建模与传输优化随着无线通信技术的快速发展，高速无线通信已经成为当今社会中的一项重要技术。
在实现高速无线通信的过程中，信道建模和传输优化是不可或缺的环节。
本文将介绍高速无线通信中的信道建模和传输优化的相关概念和方法。
首先，我们来了解什么是信道建模。
在无线通信中，信道是指无线信号从发送端到接收端的传输媒介，其中包含了信号传播的路径和环境特性。
信道建模就是对这个无线传播过程进行数学和统计建模的过程。
信道建模可以帮助我们了解无线通信中的传输特性，提高通信系统的性能。
信道建模的关键任务是描述信号在传输过程中受到的各种衰减、干扰和噪声。
信道模型可以分为理论模型和实验模型两种。
理论模型是基于无线信号在传输路径中的物理特性进行推导和分析的模型。
其中一个经典的理论模型就是瑞利衰落信道模型。
瑞利衰落是由于多径效应引起的信号收发双方之间的混合信号干扰现象。
瑞利衰落信道模型可以描述信号在多径传输时的衰减情况，从而帮助我们设计和优化通信系统。
实验模型是通过实际测量和采集无线信号的数据来建立的模型。
实验模型更加真实和准确，可以反映实际通信环境的情况。
例如，实验模型可以利用频谱分析仪来测量无线信号的功率谱密度，从而得到信号传输中的频率衰减情况。
信道建模的目的是为了优化无线通信系统的传输性能。
传输优化旨在通过合理的信号调制、编码和多址技术，以及适当的功率控制和信道估计算法来最大限度地提高系统的容量和覆盖范围。
信道传输优化的关键问题之一是信号调制和编码。
调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，编码是对数字信号进行表示和压缩的过程。
选择合适的调制和编码方案可以提升系统的传输速率和抗干扰能力。
常见的调制和编码方案有AM、FM、PM、PSK、FSK和QAM等。
在高速无线通信中，常用的调制和编码方案是OFDM（正交频分复用）和MIMO（多输入多输出）。
功率控制是传输优化的另一个重要问题。
功率控制的目标是在保持通信质量的前提下，降低系统的传输功率。
高速信号线布线原则
高速信号线布线原则引言：在现代电子产品中，高速信号线的布线是十分重要的。
良好的布线设计可以有效地减少信号损耗、抑制串扰和噪声干扰，提高信号传输的可靠性和稳定性。
本文将介绍一些高速信号线布线的原则，帮助读者了解并应用于实际设计中。
一、走线路径优化在布线设计中，走线路径是需要优化的关键因素。
首先，应尽量避免信号线的交叉，因为交叉会导致串扰和干扰。
其次，尽量使用直线路径而不是弯曲路径，因为弯曲路径会增加信号线的电感和电阻，导致信号损耗。
此外，还应尽量将高速信号线与其他信号线或电源线分隔开来，以减少互相之间的干扰。
二、匹配阻抗设计高速信号线的匹配阻抗设计是确保信号传输质量的关键。
信号线的阻抗应与信号源和负载的阻抗相匹配，以最大限度地减少反射和信号损耗。
为了实现匹配阻抗，可以采用合适的传输线结构（如微带线、同轴线等）和合适的线宽和间距。
此外，还可以使用终端电阻来实现阻抗匹配。
三、地线设计地线是高速信号线布线中不可忽视的因素。
良好的地线设计可以提供良好的信号回路，减少信号环路和地回路之间的干扰。
一般来说，应尽量使用大面积的地平面，并将地线与信号线相互靠近，以减少信号回路的面积。
此外，还应避免信号线与地线之间的交叉，以减少串扰。
四、差分信号布线差分信号布线是一种常用的高速信号线布线技术。
差分信号由一对互补的信号线组成，可以有效地抑制噪声和串扰。
在差分信号布线中，应尽量保持两根信号线的长度相等，并且尽量靠近地面平面或电源平面，以提高抗干扰能力。
五、电源线布线电源线的布线也是高速信号线布线中需要考虑的因素之一。
电源线应尽量靠近地面平面，并与信号线和地线分开布线，以减少干扰。
此外，还应避免电源线与信号线或地线之间的交叉，以减少串扰。
六、跳线设计在一些情况下，由于布线空间受限或其他因素，可能需要使用跳线来连接信号源和负载。
在跳线设计中，应尽量采用短距离的跳线，缩短信号传输路径，减少信号损耗和干扰。
此外，还应尽量减少跳线的数量，以简化布线结构。
九条高速PCB信号走线规则
九条高速PCB信号走线规则
1.电源回返路径：保持信号和相应的地面层尽可能近，在回路长度和电流路径上减小电磁辐射。
2.信号层叠：在多层PCB中，将信号层与相邻的地层尽可能靠近，以减小串扰和电磁辐射。
3.高速信号层位于中间层：将高速信号层放置在PCB的内部层，以减小对外部层的干扰，并提高中间层的信号完整性。
4.地层间引通孔：在PCB的不同地层之间设置引通孔，以提供更好的地面连接和减小回路长度，从而减小串扰。
5.信号层间引通孔：将不同信号层之间的引通孔放置在相同的位置，形成垂直连接通道，以便信号传输和阻止串扰。
6.信号层间隔层：在不同信号层之间设置隔离层，以提供额外的电磁屏蔽和减小与相邻信号层的干扰。
7.信号走线长度匹配：对于同一组相关信号，确保各信号的走线长度相等或相差很小，以维持信号的同步传输。
8.信号走线宽度匹配：对于同一组相关信号，确保各信号的走线宽度相等或相差很小，以维持阻抗匹配。
9.地平面引通孔：在PCB的地平面上设置引通孔，以提供更好的地面连接和减小回路长度，从而减小串扰。
以上是九条高速PCB信号走线规则的详细介绍。
通过遵循这些规则，设计师可以最大程度地提高高速电子产品电路板的信号完整性和性能。
PCB设计高速信号走线的九种规则
PCB设计高速信号走线的九种规则1.高速信号走线规则一：保持信号路径短。
信号路径越短，信号传输的延迟越小，干扰和信号衰减的可能性也就越小。
因此，要将高速信号尽可能地在PCB板上靠近彼此地布线。
2.高速信号走线规则二：保持差分信号路径等长。
差分信号是一对相位反向、幅度相等的信号，在高速信号传输中使用较多，通常用于减小干扰和提高传输性能。
为了保持差分信号的平衡，需要使两条差分信号的路径尽可能等长。
3.高速信号走线规则三：保持高速信号路径和地路径并行。
高速信号和地路径的平行布线可以减小信号引起的电磁辐射和接地电压的变化。
因此，高速信号走线时要尽可能与地路径并行，避免交叉和走线交错。
4.高速信号走线规则四：避免信号走线在验证域的边界上。
验证域是指高速信号传输的有效区域。
将信号走线远离验证域的边界，可以降低信号的反射和干扰，提高传输性能。
5.高速信号走线规则五：保持信号走线与平面垂直。
信号走线与地平面垂直布线可以减小信号与地平面的耦合，减少传输中的干扰和信号衰减。
所以，信号走线时应尽量与地平面垂直。
6.高速信号走线规则六：保持信号走线有足够的间距。
高速信号走线之间需要有足够的间距，以减小信号之间的串扰和干扰。
一般来说，走线间距应根据信号频率和走线长度进行选择。
7.高速信号走线规则七：避免锐角弯曲。
锐角弯曲会导致信号的反射和干扰，影响传输性能。
因此，在高速信号走线时应避免使用锐角弯曲，应选择圆弧或平滑的曲线。
8.高速信号走线规则八：避免信号走线在波峰和波谷处交叉。
信号走线在波峰和波谷处交叉会导致信号间的干扰和串扰，影响传输性能。
所以，在高速信号走线时要避免这种情况的发生。
9.高速信号走线规则九：使用合适的信号层。
选择合适的信号层可以改善高速信号的传输性能。
通常情况下，内层信号层是最佳选择，因为内层信号层可以提供更好的屏蔽和隔离效果。
同时，还应考虑信号层之间的层间间距和层间结构，以减小信号的耦合和干扰。
总之，在PCB设计中，遵循这些高速信号走线规则可以提高高速信号的传输性能和可靠性，减小信号的干扰和衰减。
高速数据传输线路设计原理
高速数据传输线路设计原理在今天数字化时代，人们对于数据传输的需求已经越来越高，特别是在高速数据传输领域，设计出高效的数据传输线路变得尤为重要。
高速数据传输线路设计原理是指在一定频率范围内实现高速数据的快速传输，保证数据传输过程中的稳定性和可靠性，同时也要考虑成本和功耗因素。
在设计高速数据传输线路时，我们需要考虑以下几个关键原理：1. 信号完整性：在高速数据传输中，信号完整性是最重要的一个因素。
信号完整性主要包括保持信号的准确性和稳定性，避免信号失真和衰减。
为了保持信号的完整性，我们需要考虑信号的传输速度、传输距离、信号线的阻抗匹配、信号线的走线规划、信号线的屏蔽和互联线等因素。
2. 差分信号传输：差分信号传输是高速数据传输线路设计中常用的技术之一。
通过差分信号传输可以有效降低信号线的串扰和噪声干扰，提高数据传输的稳定性和可靠性。
差分信号传输主要包括差分传输线的设计、差分信号的发送和接收端的设计、差分信号的功耗分配等。
3. 信号线的走线规划：在高速数据传输线路设计中，信号线的走线规划是非常重要的一环。
合理的信号线走线规划可以减少信号的串扰和噪声干扰，提高数据传输的性能和稳定性。
在信号线的走线规划中，我们需要考虑信号线的长度、宽度、间距、走线方向、层间叠压等因素。
4. 电磁兼容性：高速数据传输线路设计中，电磁兼容性是一个需要重点考虑的问题。
电磁兼容性主要是指在数据传输过程中避免电磁辐射和电磁干扰对其他电路或设备造成影响。
为了保证电磁兼容性，我们需要考虑信号线的屏蔽、地线的规划、电源线的布局、滤波器的设计等。
总结来说，高速数据传输线路设计原理涉及到多个方面的技术要点，包括信号完整性、差分信号传输、信号线的走线规划、电磁兼容性等。
在实际设计过程中，需要综合考虑各种因素，选择合适的技术方案，保证高速数据传输线路的性能和稳定性，满足数据传输的需求。
希望以上内容能够帮助您更好地理解高速数据传输线路设计原理，并在实际应用中取得良好的效果。
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EQ DE = 0 dB
OUT+ OUT-
DS40MB200
背板连接器
背板连接器
2"
30"
2"
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15
CML 发送器 去加重功能已开启
驱动器的去加重功能可将较长的传输线路加以均衡 = 减少抖动
TJ=41 ps p-p
图形 发生器
25
常用的分辨度
标准 VGA SVGA XGA 720p HDTV SXGA 1808i HDTV 1080p HDTV UXGA DVI 1.0/HDMI 1.2a 1080p HDTV (12 位色深)
分辨度 640 x 480 800 x 600 1024 x 768 1280 x 720 1280 x 1024 1920 x 1080 1920 x 1080 1600 x 1200
23
DVI/HDMI 发送器
• TMDS 发送器可将 24 位 (每一颜色 8 位) 的并行数据分别传送到 3 条 各自独立的 10 位差分数据通道以及一条时钟通道
• 每一数据通道的传输率高达时钟速度的 10 倍 • HDMI 标准容许同一数据通道将音频及辅助数据一并传送
8-bit
编
8-bit
GPU
高速信号路径的设计问题
延长 DVI / HDMI 电缆所 产生的 问题及相关的解决方案
1
高速信号路径的设计问题
冯辉
美国国半导体 产品应用工程师
2
数据传输速度
市场板块 调制解调器 ISDN 网络 电脑
视频系统
技术 56k 调制解调器 D 通道 RS-232 USB2.0 SATA 第 1 类 PCIe x 1 HD-SDI DVI HDMI1.3
VOD (mV)
1200 1200 1200 1200
VOD
VODDE
VODDE (mV)
1200 850 600 426
VODDE in dB
0 -3 -6 -9
-6dB
-9dB
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17
预 /去加重功能：内容纲要
预加重 • 优点
• 互连线路总抖动不超过 0.2 UI 编 码 器
抖动不超过 0.3UI
抖动不超过 0.2 UI
抖动不超过 0.5 UI
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30
系统设计必须符合的规定
• 双导线的内部歪斜不超过 111 ps (2 类电缆) • 双导线之间的歪斜不超过 1.78 ns (2 类电缆) • 标准 5 类电缆的导线之间的歪斜: 每 100 米 20 ns
速度高达 1.65 Gbps 时的 DVI 及 5 类电缆
均衡前
采用 DS16EV5110 芯片加以均衡后
抖动不超过 0.2UI
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34
速度高达 2.25 Gbps 时的 HDMI电缆
5 米长的
28AWG HDMI 电缆
– 扩大眼孔张度 – 减少抖动 – 为线路损耗提供补偿 • 缺点 – 出现串音干扰的问题 – 电磁干扰问题更严重
去加重 • 优点
– 减少抖动 – 可能减低串音干扰 – 可能降低功耗 • 缺点 – 衰减信号经过长距离传送之
后，会令信号抖动增加
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11
发送器有多种不同输出可供选择
• LVDS – 功率比 CML 低 – 一般都加设了预加重功能 (+dB)
• CML – VOD 电压比 LVDS 高 – 一般都加设了去加重功能 (-dB)
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18
来自底板
接收器 – 均衡
高通滤波器
“已均衡” 的信号
底板响应
+ 均衡器响应
采用 RC 滤波器，以显示均衡功 能对底板信号的影响。
= 总响应
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19
均衡功能的优缺点
• 优点 – 减少抖动 – 重新张开眼孔: 恢复信号的 高频部分
TMDS 接收器
双导线内
接收到的测试图案 正常
双导线间
歪斜
* HDMI v1.3
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31
系统设计必须符合的规定
• 支持直流电耦合 – TMDS 技术利用驱动电流产生差分电压
发送器
接收器
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单端 信号
符号间干扰的影响
0
1
0
1
1
1
101差分 Nhomakorabea信号真实世界的差分信号 眼图是由多个图形重叠一起而成
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9
眼孔背后的含意及其极限
• 信号素质 – 眼孔 “张度” 是否够大? – 张开的眼孔显示
• 抖动容限 • 振幅噪声容限
• 接收器采样窗口 – 采样窗口较小表示接收器性 能更卓越
• UI 抖动承受度最高 (以百分 比计)
• 接收器输入振幅阈值空间最 小
单位信号时间
接收器采样 窗口
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10
信号调整器如何改善信号完整性?
• 可以改善眼图的模拟技术
25"
PRBS7
4Gbps
TJ=15 ps p-p
TJ=37 ps p-p
OUT+ EQ
OUTDE = -9 dB
DS40MB200
背板连接器
背板连接器
2"
30"
2"
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16
可调节去加重功能的补偿级别
DE[1:0]
00 01 10 11
8位 TMDS
16 位 TMDS
电缆规格
< 75 MHz (Cat. 1) < 340 MHz (Cat. 2)
静电释放 (IEC-801-2)
< 75 MHz (Cat. 1) < 340 MHz (Cat. 2)
8 KV
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数据传输速度 56kbps 64kbps 230.4kbps 480Mbps 1.5Gbps 2.5Gbps 1.5Gbps 1.65Gbps 3.4Gbps
电子信号 48V 48V 3V TTL 3V 差分 LVDS LVDS LVPECL TMS (CML) TMS (CML)
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28
系统设计必须符合的规定
• 接收器的眼孔张度 – 输入阈值超过 150 mV – 抖动不超过 < 0.5 UI
780
差
动
75
振 幅
0
-75
-780
0.0
0.25 0.3
0.7 0.75
已规格化的时间
1.0
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29
系统设计必须符合的规定
码 器
8-bit
CLK
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24
DVI/HDMI 标准
技术规格 时钟 单通道数据传输率
HDMI v1.2a / DVI v1.0 165 MHz 1.65 Gbps
HDMI v1.3 340 MHz 3.4 Gbps
色深 电子信号传输方式
– 发送器 • 预加重及去加重 – 预加重功能可增强信号的高频部分，以便减少线路损耗 – 若位数据没有变动，去加重功能便会减弱信号的低频部分/振幅 • 可设定输出电压 • 可设定上升时间
– 接收器 • 固定、可设定、自适应均衡 – 为输入信号提供补偿，以便减少传输损耗 – 还原信号的高频部分 - 张开眼孔 • 重复计时器 – 消除抖动 – 恢复位串流
信号在底板内传送了 60 英寸之后的眼图
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14
CML 发送器 去加重功能已关闭
未经去加重的驱动器输出 - 令传输线路末端出现抖动
TJ=41 ps p-p
图形 发生器
25"
PRBS7
4Gbps
TJ=15 ps p-p
TJ=119 ps p-p
26
电缆损耗
5m 10m 20m
*28AWG HDMI cable
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27
2.25 Gbps, 28AWG HDMI 电缆
5m
*2.25 Gbps = 1080p (12 位色深)
20m
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