智zhi能neng電dian視shi是shi指zhi集ji成cheng了le互hu聯lian網wang功gong能neng的de電dian視shi機ji

，它ta能neng提ti供gong比bi當dang今jin普pu通tong電dian視shi機ji更geng高gao級ji的de計ji算suan能neng力li和he聯lian網wang功gong能neng。為wei了le獲huo得de更geng高gao性xing能neng，智zhi能neng電dian視shi通tong常chang都dou采cai用yong最zui新xin一yi代dai的de技ji術shu。隨sui著zhe更geng小xiao更geng先xian進jin的de集ji成cheng電dian路lu不bu斷duan促cu進jin電dian視shi機ji的de發fa展zhan

，電dian磁ci兼jian容rong（EMC）領域將出現新的挑戰，因為這些高速信號接口在正常使用條件下會受到靜電和電纜放電事件的威脅。

 

本文將針對智能電視上兩個最常見和最敏感的接口：HDMI與千兆以太網接口提供保護方案。

 

HDMI的ESD/CDE保護

 

自從推出以來，HDMI（高清晰多媒體接口）已逐漸得到普及。消費電子領域廣泛采用該接口進行高清數字內容的傳輸。不過，作為一種高性能接口，HDMI對於來自熱插拔的電纜放電以及來自用戶的直接靜電放電（ESD）都極度敏感。

 

為確保其正常的功能
，基於HDMI的係統必須保護所有可能暴露的接口信號與電源引腳
，以符合或超出IEC 61000-4-2
，Level 4（±15kV空氣放電，±8kV接觸放電）的EOS（過度電性應力）規範要求，而不致損壞。目前HDMI芯片工作在2.25Gbps，不久將達到3.4Gbps。在如此高的數據傳輸速率下，對信號完整性與阻抗要求的關注將遠遠超過HDMI一致性測試規範（CTS）。該規範要求所有HDMI接收設備都需將高速線路的差分阻抗保持在100Ω±15%。

 

在3.4Gbps的數據傳輸速率下
，如何在不增加額外電容負載的條件下提供低箝位電壓保護非常關鍵。為有效抑製瞬態浪湧對低箝位電壓的衝擊，TVS二極管中需要更多的矽片麵積。但增加矽片麵積將以電容增大為代價。通過在處理浪湧的TVS二er極ji管guan周zhou圍wei構gou建jian一yi個ge小xiao電dian容rong二er極ji管guan陣zhen列lie
，就jiu可ke以yi解jie決jue這zhe個ge兩liang難nan的de問wen題ti。這zhe種zhong方fang法fa能neng有you效xiao降jiang低di保bao護hu電dian路lu的de總zong電dian容rong，同tong時shi保bao持chi強qiang大da的de浪lang湧yong保bao護hu能neng力li。升sheng特te（Semtech）公司首創了采用這種架構的高級集成式TVS器件，無需付出高電容的代價就能獲得良好的保護。

 

 

RClamp0584J是這種集成式TVS保護器件的一個最佳實例（圖1）。該器件是RailClamp係列高速接口保護產品的最新成員。這種四線、5V工作電壓保護器件的性能超出了IEC 6100-4-2 level 4對靜電瞬變的保護要求。圖1同時也明確顯示，這款器件采用了獨特的封裝設計。“穿通型（Flow through）”封(feng)裝(zhuang)一(yi)詞(ci)來(lai)自(zi)升(sheng)特(te)公(gong)司(si)
，這(zhe)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)允(yun)許(xu)走(zou)線(xian)直(zhi)接(jie)穿(chuan)過(guo)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)
，因(yin)此(ci)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)了(le)由(you)於(yu)平(ping)衡(heng)差(cha)分(fen)線(xian)對(dui)的(de)中(zhong)斷(duan)或(huo)失(shi)配(pei)所(suo)導(dao)致(zhi)的(de)額(e)外(wai)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)與(yu)電(dian)容(rong)。

 

 

給HDMI接口增加ESD保護時
，必須保證確保器件對信號完整性的影響最小。眼圖測試可以顯示源接口上的任何信號失真，眼圖可采用圍繞HDMI眼罩構成一個“開放”眼的位模式，這種幹淨的眼圖能夠驗證良好的信號完整性。圖2給出了眼圖測試的一個例子。作為參考基準，左圖是沒有任何保護的HDMI視頻信號
，右圖則是增加了TVS保護器件後的HDMI接口信號。可以看出RClamp0584J對眼圖的信號完整性影響非常小。

 

千兆以太網的浪湧保護

 

典型智能電視與傳統電視的主要區別是通過以太網接入互聯網的聯網功能。千兆以太網已廣泛應用於新型智能電視。它工作在125MHz頻率，用四對雙絞線進行收發（全雙工）。它采用一種雙向的五級編碼機製，該機製需要一個複雜的PHY芯片組。最新的以太網PHY芯片組一般都采用65nm或45nm工藝製作。這些更小的技術節點可實現更高的性能
，但也增加了對帶電電纜、閃電或“人體”靜電所引起致命破壞的敏感性。

 

過去
，ESD和CDE一(yi)直(zhi)是(shi)計(ji)算(suan)機(ji)或(huo)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)中(zhong)以(yi)太(tai)網(wang)接(jie)口(kou)的(de)最(zui)典(dian)型(xing)瞬(shun)變(bian)威(wei)脅(xie)。閃(shan)電(dian)或(huo)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)通(tong)信(xin)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)。近(jin)年(nian)來(lai)，由(you)於(yu)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)，計(ji)算(suan)機(ji)與(yu)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)越(yue)來(lai)越(yue)便(bian)宜(yi)。當(dang)全(quan)球(qiu)大(da)多(duo)數(shu)人(ren)都(dou)能(neng)擁(yong)有(you)自(zi)己(ji)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)或(huo)電(dian)視(shi)機(ji)，這(zhe)些(xie)電(dian)器(qi)產(chan)品(pin)被(bei)帶(dai)入(ru)一(yi)個(ge)需(xu)考(kao)慮(lv)瞬(shun)變(bian)威(wei)脅(xie)的(de)不(bu)利(li)環(huan)境(jing)中(zhong)。中(zhong)國(guo)現(xian)已(yi)強(qiang)製(zhi)要(yao)求(qiu)銷(xiao)往(wang)某(mou)些(xie)農(nong)村(cun)地(di)區(qu)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)應(ying)具(ju)備(bei)以(yi)太(tai)網(wang)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)。新(xin)標(biao)準(zhun)可(ke)確(que)保(bao)昂(ang)貴(gui)的(de)產(chan)品(pin)具(ju)有(you)合(he)理(li)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)該(gai)產(chan)品(pin)的(de)家(jia)庭(ting)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。中(zhong)國(guo)的(de)浪(lang)湧(yong)測(ce)試(shi)采(cai)用(yong)金(jin)屬(shu)性(xing)保(bao)護(hu)（線間）或縱向保護（線至地）波形。波形被定義為具有10μs的上升時間和700μs的衰減時間，客戶定義的開路電壓不低於1kV。正、負極性的浪湧都要進行測試。要達到合格標準，設備必須在浪湧測試後仍然能夠繼續工作。

 

 

以太網端口包括變壓器以及共模扼流圈，用於將PHY連接至外部世界。變壓器與扼流圈都可以是分立器件，但集成方案（包含RJ-45接口

、電阻和電容）正變得日益普及。在任何情況下，變壓器都將提供對外部電壓的高水平共模隔離，但不提供線間浪湧保護。對於線間（線與線）浪湧，電流將流入一根導線，穿過變壓器再返回至源頭。電流流過時會給線端（RJ-45端）的變壓器繞組充電。一旦浪湧消失
，線端繞組將停止充電，並將其存儲的能量傳送給PHY芯片所在的芯片端。傳送到PHY端的脈衝信號很可能會損壞PHY芯片。

 

實shi現xian以yi太tai網wang收shou發fa器qi的de可ke靠kao保bao護hu需xu要yao采cai用yong一yi組zu外wai部bu保bao護hu器qi件jian
，它ta可ke以yi吸xi收shou預yu期qi的de瞬shun變bian能neng量liang
，將jiang進jin入ru的de浪lang湧yong快kuai速su地di降jiang低di到dao安an全quan電dian平ping，但dan在zai正zheng常chang工gong作zuo情qing況kuang下xia對dui係xi統tong沒mei有you影ying響xiang。為wei保bao證zheng差cha分fen線xian對dui的de信xin號hao完wan整zheng性xing，必bi須xu對dui電dian容rong性xing負fu載zai與yu封feng裝zhuang進jin行xing優you化hua。另ling外wai，每mei個ge最zui新xin以yi太tai網wang部bu署shu都dou會hui用yong到dao更geng高gao密mi度du的de電dian路lu板ban，因yin而er要yao求qiu保bao護hu方fang案an占zhan用yong更geng小xiao的de電dian路lu板ban空kong間jian。

 

升特公司的最新以太網保護方案RClamp2574N可滿足並超過所有上述要求。建議將其放置於變壓器的PHY端，盡可能靠近磁體。RClamp2574N可配置為保護一個千兆以太網的全部四對差分線對。如圖3所示，八個I/O引腳中的每一個都有一個低電容的控向二極管對，該器件用來將有害的浪湧電流引入內部的低壓TVS二極管。控向二極管的工作電壓僅有2.5V
，采用升特公司專利的EPD工藝技術製造。低壓導通是一個很重要的保護參數
，因為很多PHY芯片都集成了ESD保護結構。這些結構並非針對承受很大的電能而設計。如果它們在外部保護實現之前導通

，則可能導致PHY芯片故障。典型千兆以太網PHY的工作電壓為2.5V
，因此應選用2.5V的TVS
，因為一旦器件中的有害電壓超過了保護器件的穿通電壓，2.5V的TVS會立即導通，從而有效地保護PHY芯片。

 

 

圖4顯示了RClamp2574N的流通型PCB走線。信號線連接到第1、2
、4
、5
、6、7
、9和10腳。第3腳與8腳連接到三個中心接地。在一個典型以太網應用中
，這些引腳以及接地都應懸空（即不接地）。在本例中
，走線寬度為0.005英寸。過孔用於第6
、7
、9和10腳的換層連接，這樣所有八根信號線都可采用易於實現的流通型（flow though）布局。

 

另外，RClamp2574N的線間典型電容為1.7pF，這個值足夠小，可避免任何數據包丟失或錯誤。

 

本文小結

 

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本文轉載自安規與電磁兼容網"微信公眾號。

 

 

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