智能電視靜電保護(hù)技巧

　　高清數(shù)字內(nèi)容過(guò)去只能承載于物理磁盤(pán)上，需要專用設(shè)備才可以播放;而今，寬帶連接無(wú)處不在，高清數(shù)字內(nèi)容可以從“云”端中以“流”的形式傳送和定制到計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)或任何其它連網(wǎng)設(shè)備上。傳統(tǒng)電視是一種獨(dú)立的終端，只能接收廣播電視節(jié)目，由于它不具備我們習(xí)慣使用的聯(lián)網(wǎng)功能，最終會(huì)成為過(guò)時(shí)的產(chǎn)品。因此，智能電視產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。

　　智能電視是指集成了互聯(lián)網(wǎng)功能的電視機(jī)，它能提供比當(dāng)今普通電視機(jī)更高級(jí)的計(jì)算能力和聯(lián)網(wǎng)功能。為了獲得更高性能，智能電視通常都采用最新一代的技術(shù)。隨著更小更先進(jìn)的集成電路不斷促進(jìn)電視機(jī)的發(fā)展，電磁兼容(EMC)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)新的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些高速信號(hào)接口在正常使用條件下會(huì)受到靜電和電纜放電事件的威脅。

　　本文將針對(duì)智能電視上兩個(gè)最常見(jiàn)和最敏感的接口：HDMI與千兆以太網(wǎng)接口提供保護(hù)方案。

　　HDMI的ESD/CDE保護(hù)

　　自從推出以來(lái)，HDMI(高清晰多媒體接口)已逐漸得到普及。消費(fèi)電子領(lǐng)域廣泛采用該接口進(jìn)行高清數(shù)字內(nèi)容的傳輸。不過(guò)，作為一種高性能接口，HDMI對(duì)于來(lái)自熱插拔的電纜放電以及來(lái)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，基于HDMI的系統(tǒng)必須保護(hù)所有可能暴露的接口信號(hào)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(guò)度電性應(yīng)力)規(guī)范要求，而不致?lián)p壞。目前HDMI芯片工作在2.25Gbps，不久將達(dá)到3.4Gbps。在如此高的數(shù)據(jù)傳輸速率下，對(duì)信號(hào)完整性與阻抗要求的關(guān)注將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)HDMI一致性測(cè)試規(guī)范(CTS)。該規(guī)范要求所有HDMI接收設(shè)備都需將高速線路的差分阻抗保持在100Ω±15%。

　　在3.4Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率下，如何在不增加額外電容負(fù)載的條件下提供低箝位電壓保護(hù)非常關(guān)鍵。為有效抑制瞬態(tài)浪涌對(duì)低箝位電壓的沖擊，TVS二極管中需要更多的硅片面積。但增加硅片面積將以電容增大為代價(jià)。通過(guò)在處理浪涌的TVS二極管周圍構(gòu)建一個(gè)小電容二極管陣列，就可以解決這個(gè)兩難的問(wèn)題。這種方法能有效降低保護(hù)電路的總電容，同時(shí)保持強(qiáng)大的浪涌保護(hù)能力。升特(Semtech)公司首創(chuàng)了采用這種架構(gòu)的高級(jí)集成式TVS器件，無(wú)需付出高電容的代價(jià)就能獲得良好的保護(hù)。

　　RClamp0584J是這種集成式TVS保護(hù)器件的一個(gè)最佳實(shí)例(圖1)。該器件是RailClamp系列高速接口保護(hù)產(chǎn)品的最新成員。這種四線、5V工作電壓保護(hù)器件的性能超出了IEC 6100-4-2 level 4對(duì)靜電瞬變的保護(hù)要求。圖1同時(shí)也明確顯示，這款器件采用了獨(dú)特的封裝設(shè)計(jì)。“穿通型(Flow through)”封裝一詞來(lái)自升特公司，這種封裝允許走線直接穿過(guò)保護(hù)器件，因此最大限度地減小了由于平衡差分線對(duì)的中斷或失配所導(dǎo)致的額外寄生電感與電容。

　　給HDMI接口增加ESD保護(hù)時(shí)，必須保證確保器件對(duì)信號(hào)完整性的影響最小。眼圖測(cè)試可以顯示源接口上的任何信號(hào)失真，眼圖可采用圍繞HDMI眼罩構(gòu)成一個(gè)“開(kāi)放”眼的位模式，這種干凈的眼圖能夠驗(yàn)證良好的信號(hào)完整性。圖2給出了眼圖測(cè)試的一個(gè)例子。作為參考基準(zhǔn)，左圖是沒(méi)有任何保護(hù)的HDMI視頻信號(hào)，右圖則是增加了TVS保護(hù)器件后的HDMI接口信號(hào)?？梢钥闯鯮Clamp0584J對(duì)眼圖的信號(hào)完整性影響非常小。

　　千兆以太網(wǎng)的浪涌保護(hù)

　　典型智能電視與傳統(tǒng)電視的主要區(qū)別是通過(guò)以太網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能。千兆以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于新型智能電視。它工作在125MHz頻率，用四對(duì)雙絞線進(jìn)行收發(fā)(全雙工)。它采用一種雙向的五級(jí)編碼機(jī)制，該機(jī)制需要一個(gè)復(fù)雜的PHY芯片組。最新的以太網(wǎng)PHY芯片組一般都采用65nm或45nm工藝制作。這些更小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)更高的性能，但也增加了對(duì)帶電電纜、閃電或“人體”靜電所引起致命破壞的敏感性。

　　過(guò)去，ESD和CDE一直是計(jì)算機(jī)或消費(fèi)電子產(chǎn)品中以太網(wǎng)接口的最典型瞬變威脅。閃電或浪涌保護(hù)主要用于通信基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)，由于技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)與消費(fèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越便宜。當(dāng)全球大多數(shù)人都能擁有自己的計(jì)算機(jī)或電視機(jī)，這些電器產(chǎn)品被帶入一個(gè)需考慮瞬變威脅的不利環(huán)境中。中國(guó)現(xiàn)已強(qiáng)制要求銷往某些農(nóng)村地區(qū)的電子產(chǎn)品應(yīng)具備以太網(wǎng)浪涌保護(hù)功能。新標(biāo)準(zhǔn)可確保昂貴的產(chǎn)品具有合理的使用壽命，以及使用該產(chǎn)品的家庭的安全性。中國(guó)的浪涌測(cè)試采用金屬性保護(hù)(線間)或縱向保護(hù)(線至地)波形。波形被定義為具有10μs的上升時(shí)間和700μs的衰減時(shí)間，客戶定義的開(kāi)路電壓不低于1kV。正、負(fù)極性的浪涌都要進(jìn)行測(cè)試。要達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備必須在浪涌測(cè)試后仍然能夠繼續(xù)工作。