為什么我們需要針對HDMI設計高浪涌保護？

 

絕大部分工程師在設計時，都會為HDMI接口加上ESD保護，這是因為HDMI接口經常裸露在外，并且對靜電十分敏感。但與此同時，浪涌保護設計往往容易被忽略，而成為破壞系統的重要原因。

 

那么究竟什么是浪涌，以及為什么我們需要針對浪涌設計保護措施呢？廣義上講，浪涌就是電壓或者電流在瞬間出現的超過峰值的現象。浪涌發生的時間往往很短，但劇烈的脈沖產生的能量往往會對系統產生極大的沖擊。

 

針對HDMI接口，高浪涌形成的原因有很多，但最主要的因素來自于較長的HDMI線纜，以及閃電。這些因素產生的能量一般會比靜電產生的要大，所以相對而言也更需要良好的保護。

 

那么有些同學會有疑惑，針對哪些應用場景的HDMI接口更可能面對如上所說的長線纜、閃電等造成的高浪涌的情況呢？我們就拿樓宇自動化監控作為例子，IP網絡監控攝像頭往往被安放在室內外的各個區域，所以同時他們需要對長線纜和閃電進行防護。當然，我們也會建議消費類產品，尤其是電視、筆記本電腦、電視機頂盒等，在設計的時候加入高浪涌防護，想像一下，在一些環境里，比如酒店以及某些私人住宅，人們會把HDMI接口安置在墻上，通過墻內走線到對應的設備。所以墻內的走線相對而言也會很長。這就需要浪涌保護來防止消費者使用長線纜導致HDMI接口的損壞。

 

IEC-61000-4-5 標準

 

IEC 61000-4-5 是國際電氣委員會（International Electrotechnical Commission）發布的關于浪涌保護的相關標準。你可以參考如下的圖示來理解IEC對于靜電IEC 61000-4-2和浪涌IEC 61000-4-5的標準的區別。靜電現象相比而言有更高的電流尖峰，但是浪涌保護標準需要應對更長時間和更高能量的沖擊，這也要求了更高等級的保護。

 

圖1. 靜電和浪涌電流波形示意圖

 

在此我們推薦TI的ESD204這顆物料，用來應對HDMI的高浪涌保護場景，具體的介紹如下：

 

ESD204 介紹

 

ESD204 是一種雙向 TVS ESD 保護二極管陣列，可為 HDMI 和 USB 提供高達 5.5A (8/20µs) 的浪涌保護。ESD204 的額定 ESD 沖擊消散值達到了 IEC 61000-4-2（4 級）國際標準中規定的最高水平。

 

ESD204 在實際HDMI保護中的表現

 

首先我們要測試增加了ESD204保護二極管以后，會不會對系統的信號傳遞產生影響。HDMI 2.0一致性測試包括測試VL，上升時間和下降時間，線對和線對內偏斜，差分電壓，時鐘占空比，時鐘抖動，數據眼圖和差分阻抗。

 

實驗結果表明，ESD204通過了HDMI 2.0一致性測試的所有測試。 這里的圖2展示了測試眼圖的結果。 我們可以看到ESD204足夠強大，足以支持保持HDMI信號完整性。

 

圖2. 眼圖測試結果

 

HDMI保護芯片對比

 

您可能對TI究竟有哪些HDMI保護芯片感到好奇，那么究竟如何選擇完全符合我的要求的保護芯片？

 

表1列出了我們推薦的三顆HDMI接口保護芯片，您可以作為對比參考。

 

表 1. 參數對比

 

從上表中可以明顯看出，這三款不同的芯片都有他們各自的優勢，也覆蓋了不同的HDMI保護場景。

 

如果你對系統總電容要求很高，并且需要傳輸非常高速率的信號，那么低電容的TPD4E02B04會是很好的選擇。另外，TPD4E02B04有DQA封裝，可以幫助你更好的保持信號完整度。

 

當然，其實這三款芯片的電容都足以滿足HDMI 2.0要求的信號速率傳輸標準。但如果您的系統對高電壓非常敏感，那么ESD224會是您的好選擇。因為ESD224有更低的鉗位電壓，可以在產生浪涌、靜電時幫您把系統沖擊電壓鉗在更低的位置。

 

至于本篇的主角ESD204，我們當然是推薦您使用在更高浪涌的場景。如之前所言，長線纜、閃電等因素都是高浪涌的潛在誘發因素。而ESD204針對IEC61000-4-5標準可以做到5.5A (8/20 us) 的防護，是您HDMI等接口浪涌防護的不二選擇！

 

 

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