為什麼我們需要針對HDMI設計高浪湧保護


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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
，並且對靜電十分敏感。但與此同時，浪湧保護設計往往容易被忽略，而成為破壞係統的重要原因。

 

那(na)麼(me)究(jiu)竟(jing)什(shen)麼(me)是(shi)浪(lang)湧(yong)，以(yi)及(ji)為(wei)什(shen)麼(me)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)針(zhen)對(dui)浪(lang)湧(yong)設(she)計(ji)保(bao)護(hu)措(cuo)施(shi)呢(ne)？廣(guang)義(yi)上(shang)講(jiang)

，浪(lang)湧(yong)就(jiu)是(shi)電(dian)壓(ya)或(huo)者(zhe)電(dian)流(liu)在(zai)瞬(shun)間(jian)出(chu)現(xian)的(de)超(chao)過(guo)峰(feng)值(zhi)的(de)現(xian)象(xiang)。浪(lang)湧(yong)發(fa)生(sheng)的(de)時(shi)間(jian)往(wang)往(wang)很(hen)短(duan)，但(dan)劇(ju)烈(lie)的(de)脈(mai)衝(chong)產(chan)生(sheng)的(de)能(neng)量(liang)往(wang)往(wang)會(hui)對(dui)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)極(ji)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)。

 

針對HDMI接口
，高浪湧形成的原因有很多，但最主要的因素來自於較長的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。

 

那麼有些同學會有疑惑
，針對哪些應用場景的HDMI接口更可能麵對如上所說的長線纜、閃電等造成的高浪湧的情況呢？我們就拿樓宇自動化監控作為例子
，IP網(wang)絡(luo)監(jian)控(kong)攝(she)像(xiang)頭(tou)往(wang)往(wang)被(bei)安(an)放(fang)在(zai)室(shi)內(nei)外(wai)的(de)各(ge)個(ge)區(qu)域(yu)，所(suo)以(yi)同(tong)時(shi)他(ta)們(men)需(xu)要(yao)對(dui)長(chang)線(xian)纜(lan)和(he)閃(shan)電(dian)進(jin)行(xing)防(fang)護(hu)。當(dang)然(ran)，我(wo)們(men)也(ye)會(hui)建(jian)議(yi)消(xiao)費(fei)類(lei)產(chan)品(pin)，尤(you)其(qi)是(shi)電(dian)視(shi)、筆記本電腦、電視機頂盒等
，在設計的時候加入高浪湧防護，想像一下，在一些環境裏，比如酒店以及某些私人住宅，人們會把HDMI接口安置在牆上，通過牆內走線到對應的設備。所以牆內的走線相對而言也會很長。這就需要浪湧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）發布的關於浪湧保護的相關標準。你可以參考如下的圖示來理解IEC對於靜電IEC 61000-4-2和浪湧IEC 61000-4-5的de標biao準zhun的de區qu別bie。靜jing電dian現xian象xiang相xiang比bi而er言yan有you更geng高gao的de電dian流liu尖jian峰feng，但dan是shi浪lang湧yong保bao護hu標biao準zhun需xu要yao應ying對dui更geng長chang時shi間jian和he更geng高gao能neng量liang的de衝chong擊ji，這zhe也ye要yao求qiu了le更geng高gao等deng級ji的de保bao護hu。

 

圖1. 靜電和浪湧電流波形示意圖

 

在此我們推薦TI的ESD204這顆物料，用來應對HDMI的高浪湧保護場景，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) 的浪湧保護。ESD204 的額定 ESD 衝擊消散值達到了 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保護二極管以後，會不會對係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，時鍾占空比，時鍾抖動，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。 這裏的圖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
，那麼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。

 

如果你對係統總電容要求很高，並且需要傳輸非常高速率的信號，那麼低電容的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。但如果您的係統對高電壓非常敏感
，那麼ESD224會是您的好選擇。因為ESD224有更低的鉗位電壓，可以在產生浪湧、靜電時幫您把係統衝擊電壓鉗在更低的位置。

 

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

 

 

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