作者: TI 技術(shù)銷售工程師 Eason Fang

為什么我們需要針對(duì)HDMI設(shè)計(jì)高浪涌保護(hù)？

絕大部分工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)為HDMI接口加上ESD保護(hù)，這是因?yàn)镠DMI接口經(jīng)常裸露在外，并且對(duì)靜電十分敏感。但與此同時(shí)，浪涌保護(hù)設(shè)計(jì)往往容易被忽略，而成為破壞系統(tǒng)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(duì)浪涌設(shè)計(jì)保護(hù)措施呢？廣義上講，浪涌就是電壓或者電流在瞬間出現(xiàn)的超過峰值的現(xiàn)象。浪涌發(fā)生的時(shí)間往往很短，但劇烈的脈沖產(chǎn)生的能量往往會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的沖擊。

針對(duì)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(chǎn)生的能量一般會(huì)比靜電產(chǎn)生的要大，所以相對(duì)而言也更需要良好的保護(hù)。

那么有些同學(xué)會(huì)有疑惑，針對(duì)哪些應(yīng)用場景的HDMI接口更可能面對(duì)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(dòng)化監(jiān)控作為例子，IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭往往被安放在室內(nèi)外的各個(gè)區(qū)域，所以同時(shí)他們需要對(duì)長線纜和閃電進(jìn)行防護(hù)。當(dāng)然，我們也會(huì)建議消費(fèi)類產(chǎn)品，尤其是電視、筆記本電腦、電視機(jī)頂盒等，在設(shè)計(jì)的時(shí)候加入高浪涌防護(hù)，想像一下，在一些環(huán)境里，比如酒店以及某些私人住宅，人們會(huì)把HDMI接口安置在墻上，通過墻內(nèi)走線到對(duì)應(yīng)的設(shè)備。所以墻內(nèi)的走線相對(duì)而言也會(huì)很長。這就需要浪涌保護(hù)來防止消費(fèi)者使用長線纜導(dǎo)致HDMI接口的損壞。

IEC-61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn)

IEC 61000-4-5 是國際電氣委員會(huì)（International Electrotechnical Commission）發(fā)布的關(guān)于浪涌保護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。你可以參考如下的圖示來理解IEC對(duì)于靜電IEC 61000-4-2和浪涌IEC 61000-4-5的標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。靜電現(xiàn)象相比而言有更高的電流尖峰，但是浪涌保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)需要應(yīng)對(duì)更長時(shí)間和更高能量的沖擊，這也要求了更高等級(jí)的保護(hù)。

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(yīng)對(duì)HDMI的高浪涌保護(hù)場景，具體的介紹如下：

ESD204 介紹

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

ESD204 在實(shí)際HDMI保護(hù)中的表現(xiàn)

首先我們要測試增加了ESD204保護(hù)二極管以后，會(huì)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)傳遞產(chǎn)生影響。HDMI 2.0一致性測試包括測試VL，上升時(shí)間和下降時(shí)間，線對(duì)和線對(duì)內(nèi)偏斜，差分電壓，時(shí)鐘占空比，時(shí)鐘抖動(dòng)，數(shù)據(jù)眼圖和差分阻抗。

實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)果。 我們可以看到ESD204足夠強(qiáng)大，足以支持保持HDMI信號(hào)完整性。

圖2. 眼圖測試結(jié)果

HDMI保護(hù)芯片對(duì)比

您可能對(duì)TI究竟有哪些HDMI保護(hù)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(hù)芯片？

表1列出了我們推薦的三顆HDMI接口保護(hù)芯片，您可以作為對(duì)比參考。

表 1. 參數(shù)對(duì)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(yōu)勢，也覆蓋了不同的HDMI保護(hù)場景。

如果你對(duì)系統(tǒng)總電容要求很高，并且需要傳輸非常高速率的信號(hào)，那么低電容的TPD4E02B04會(huì)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(hào)完整度。

當(dāng)然，其實(shí)這三款芯片的電容都足以滿足HDMI 2.0要求的信號(hào)速率傳輸標(biāo)準(zhǔn)。但如果您的系統(tǒng)對(duì)高電壓非常敏感，那么ESD224會(huì)是您的好選擇。因?yàn)镋SD224有更低的鉗位電壓，可以在產(chǎn)生浪涌、靜電時(shí)幫您把系統(tǒng)沖擊電壓鉗在更低的位置。

至于本篇的主角ESD204，我們當(dāng)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(fā)因素。而ESD204針對(duì)IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)可以做到5.5A (8/20 us) 的防護(hù)，是您HDMI等接口浪涌防護(hù)的不二選擇！