关于ESD204对HDMI接口的浪涌保护
other parts discussed in post: esd204, tpd4e02b04, esd224
作者: ti 技术销售工程师 eason fang
为什么我们需要针对hdmi设计高浪涌保护？
绝大部分工程师在设计时，都会为hdmi接口加上esd保护，这是因为hdmi接口经常裸露在外，并且对静电十分敏感。但与此同时，浪涌保护设计往往容易被忽略，而成为破坏系统的重要原因。
那么究竟什么是浪涌，以及为什么我们需要针对浪涌设计保护措施呢？广义上讲，浪涌就是电压或者电流在瞬间出现的超过峰值的现象。浪涌发生的时间往往很短，但剧烈的脉冲产生的能量往往会对系统产生极大的冲击。
针对hdmi接口，高浪涌形成的原因有很多，但最主要的因素来自于较长的hdmi线缆，以及闪电。这些因素产生的能量一般会比静电产生的要大，所以相对而言也更需要良好的保护。
那么有些同学会有疑惑，针对哪些应用场景的hdmi接口更可能面对如上所说的长线缆、闪电等造成的高浪涌的情况呢？我们就拿楼宇自动化监控作为例子，ip网络监控摄像头往往被安放在室内外的各个区域，所以同时他们需要对长线缆和闪电进行防护。当然，我们也会建议消费类产品，尤其是电视、笔记本电脑、电视机顶盒等，在设计的时候加入高浪涌防护，想像一下，在一些环境里，比如酒店以及某些私人住宅，人们会把hdmi接口安置在墙上，通过墙内走线到对应的设备。所以墙内的走线相对而言也会很长。这就需要浪涌保护来防止消费者使用长线缆导致hdmi接口的损坏。
iec-61000-4-5 标准
iec 61000-4-5 是国际电气委员会（international electrotechnical commission）发布的关于浪涌保护的相关标准。你可以参考如下的图示来理解iec对于静电iec 61000-4-2和浪涌iec 61000-4-5的标准的区别。静电现象相比而言有更高的电流尖峰，但是浪涌保护标准需要应对更长时间和更高能量的冲击，这也要求了更高等级的保护。
图1. 静电和浪涌电流波形示意图
在此我们推荐ti的esd204这颗物料，用来应对hdmi的高浪涌保护场景，具体的介绍如下：
esd204 介绍
esd204 是一种双向 tvs esd 保护二极管阵列，可为 hdmi 和 usb 提供高达 5.5a (8/20µs) 的浪涌保护。esd204 的额定 esd 冲击消散值达到了 iec 61000-4-2（4 级）国际标准中规定的最高水平。
esd204 在实际hdmi保护中的表现
首先我们要测试增加了esd204保护二极管以后，会不会对系统的信号传递产生影响。hdmi 2.0一致性测试包括测试vl，上升时间和下降时间，线对和线对内偏斜，差分电压，时钟占空比，时钟抖动，数据眼图和差分阻抗。
实验结果表明，esd204通过了hdmi 2.0一致性测试的所有测试。 这里的图2展示了测试眼图的结果。 我们可以看到esd204足够强大，足以支持保持hdmi信号完整性。
图2. 眼图测试结果
hdmi保护芯片对比
您可能对ti究竟有哪些hdmi保护芯片感到好奇，那么究竟如何选择完全符合我的要求的保护芯片？
表1列出了我们推荐的三颗hdmi接口保护芯片，您可以作为对比参考。
表 1. 参数对比
spec
tpd4e02b04
esd224
esd204
iec 61000-4-2
12kv contact
15kv air gap
12kv contact
15kv air gap
30kv contact
30kv air gap
iec 61000-4-5
2a (8/20us)
2a (8/20us)
5.5a (8/20us)
flow through
yes
no
yes
clamping voltage
14v at 16a tlp
8v at 16a tlp
11.5v at 16a tlp
capacitance
0.27pf
0.50pf
0.55pf
从上表中可以明显看出，这三款不同的芯片都有他们各自的优势，也覆盖了不同的hdmi保护场景。
如果你对系统总电容要求很高，并且需要传输非常高速率的信号，那么低电容的tpd4e02b04会是很好的选择。另外，tpd4e02b04有dqa封装，可以帮助你更好的保持信号完整度。
当然，其实这三款芯片的电容都足以满足hdmi 2.0要求的信号速率传输标准。但如果您的系统对高电压非常敏感，那么esd224会是您的好选择。因为esd224有更低的钳位电压，可以在产生浪涌、静电时帮您把系统冲击电压钳在更低的位置。
至于本篇的主角esd204，我们当然是推荐您使用在更高浪涌的场景。如之前所言，长线缆、闪电等因素都是高浪涌的潜在诱发因素。而esd204针对iec61000-4-5标准可以做到5.5a (8/20 us) 的防护，是您hdmi等接口浪涌防护的不二选择！
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作者: ti 技术销售工程师 eason fang
为什么我们需要针对hdmi设计高浪涌保护？
绝大部分工程师在设计时，都会为hdmi接口加上esd保护，这是因为hdmi接口经常裸露在外，并且对静电十分敏感。但与此同时，浪涌保护设计往往容易被忽略，而成为破坏系统的重要原因。
那么究竟什么是浪涌，以及为什么我们需要针对浪涌设计保护措施呢？广义上讲，浪涌就是电压或者电流在瞬间出现的超过峰值的现象。浪涌发生的时间往往很短，但剧烈的脉冲产生的能量往往会对系统产生极大的冲击。
针对hdmi接口，高浪涌形成的原因有很多，但最主要的因素来自于较长的hdmi线缆，以及闪电。这些因素产生的能量一般会比静电产生的要大，所以相对而言也更需要良好的保护。
那么有些同学会有疑惑，针对哪些应用场景的hdmi接口更可能面对如上所说的长线缆、闪电等造成的高浪涌的情况呢？我们就拿楼宇自动化监控作为例子，ip网络监控摄像头往往被安放在室内外的各个区域，所以同时他们需要对长线缆和闪电进行防护。当然，我们也会建议消费类产品，尤其是电视、笔记本电脑、电视机顶盒等，在设计的时候加入高浪涌防护，想像一下，在一些环境里，比如酒店以及某些私人住宅，人们会把hdmi接口安置在墙上，通过墙内走线到对应的设备。所以墙内的走线相对而言也会很长。这就需要浪涌保护来防止消费者使用长线缆导致hdmi接口的损坏。
iec-61000-4-5 标准
iec 61000-4-5 是国际电气委员会（international electrotechnical commission）发布的关于浪涌保护的相关标准。你可以参考如下的图示来理解iec对于静电iec 61000-4-2和浪涌iec 61000-4-5的标准的区别。静电现象相比而言有更高的电流尖峰，但是浪涌保护标准需要应对更长时间和更高能量的冲击，这也要求了更高等级的保护。
图1. 静电和浪涌电流波形示意图
在此我们推荐ti的esd204这颗物料，用来应对hdmi的高浪涌保护场景，具体的介绍如下：
esd204 介绍
esd204 是一种双向 tvs esd 保护二极管阵列，可为 hdmi 和 usb 提供高达 5.5a (8/20µs) 的浪涌保护。esd204 的额定 esd 冲击消散值达到了 iec 61000-4-2（4 级）国际标准中规定的最高水平。
esd204 在实际hdmi保护中的表现
首先我们要测试增加了esd204保护二极管以后，会不会对系统的信号传递产生影响。hdmi 2.0一致性测试包括测试vl，上升时间和下降时间，线对和线对内偏斜，差分电压，时钟占空比，时钟抖动，数据眼图和差分阻抗。
实验结果表明，esd204通过了hdmi 2.0一致性测试的所有测试。 这里的图2展示了测试眼图的结果。 我们可以看到esd204足够强大，足以支持保持hdmi信号完整性。
图2. 眼图测试结果
hdmi保护芯片对比
您可能对ti究竟有哪些hdmi保护芯片感到好奇，那么究竟如何选择完全符合我的要求的保护芯片？
表1列出了我们推荐的三颗hdmi接口保护芯片，您可以作为对比参考。
表 1. 参数对比
spec
tpd4e02b04
esd224
esd204
iec 61000-4-2
12kv contact
15kv air gap
12kv contact
15kv air gap
30kv contact
30kv air gap
iec 61000-4-5
2a (8/20us)
2a (8/20us)
5.5a (8/20us)
flow through
yes
no
yes
clamping voltage
14v at 16a tlp
8v at 16a tlp
11.5v at 16a tlp
capacitance
0.27pf
0.50pf
0.55pf
从上表中可以明显看出，这三款不同的芯片都有他们各自的优势，也覆盖了不同的hdmi保护场景。
如果你对系统总电容要求很高，并且需要传输非常高速率的信号，那么低电容的tpd4e02b04会是很好的选择。另外，tpd4e02b04有dqa封装，可以帮助你更好的保持信号完整度。
当然，其实这三款芯片的电容都足以满足hdmi 2.0要求的信号速率传输标准。但如果您的系统对高电压非常敏感，那么esd224会是您的好选择。因为esd224有更低的钳位电压，可以在产生浪涌、静电时帮您把系统冲击电压钳在更低的位置。
至于本篇的主角esd204，我们当然是推荐您使用在更高浪涌的场景。如之前所言，长线缆、闪电等因素都是高浪涌的潜在诱发因素。而esd204针对iec61000-4-5标准可以做到5.5a (8/20 us) 的防护，是您hdmi等接口浪涌防护的不二选择！
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