hdmi接口电磁兼容性和过电压防护设计

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1、伴随高清，超高清数字视频时代的到来，HDMI在各类AV设备上得到广泛的应用。HDMI接口支持热拔插，具有超高的传输速率，最新的HDMI1.4规范中TypeA传输速率可以达到10.2Gbps, 可以很好满足全高清视频传输需要。但是高速的传输速率会带来一系列的EMC（电磁兼容性）问题，同时接口的ESD防护也是不容忽视的问题，本文将从EMC设计和ESD防护两方面对HDMI接口防护进行分析并提出相应的对策。EMC设计HDMI1.4 type A接口的pin脚示意图如图1，在HDMI1.4上的四对差分信号线上（TMDS),最高传输速率达3.4Gbps，对应的传输时钟频率是340MHz，而超高的传输速率使

2、EMI辐射更为严重，同时自身也更容易耦合共模噪音，因此在EMC 设计时要滤除共模噪音，同时要兼顾信号的完整性和特性阻抗。Pin19Pin18Pin1Pin2H1: T.M.D.S DATA2+H2: T.M.D.S DATA2屏蔽H3: T.M.D.S DATA2-H4: T.M.D.S DATA1+H5: T.M.D.S DATA1屏蔽H6: T.M.D.S DATA1-H7: T.M.D.S DATA0+H8: T.M.D.S DATA0屏蔽H9: T.M.D.S DATA0-H10: T.M.D.S DATA CLOCK+H11: T.M.D.S DATA CLOCK屏蔽H12: T.M

3、.D.S DATA CLOCK-H13:CEC (Consumer Electronics Control可选择的电子消费控制器)H14: Reserved (in cable but N.C. on device)H15-D6: SCL(DDC时钟线)H16-D7: SDA(DDC数据线)H17: DDC/CEC GroundH18: +5V电源线H19: 热插拔探测线图1 HDMI1.4 type A接口的pin脚示意图共模扼流器可以有效抑制共模噪音，保留差模信号，因此在四对差分信号线上推荐使用共模扼流器：SDCW2012H-2-900TF来滤除共模噪音。同时在Pin18上使用磁珠来滤除电

4、源中可能含有的高频谐波成分，抑制EMI，而根据HDMI规范，电源脚需要500mA过流防护，推荐额定电流为1A的磁珠：PZ1608D121-1R0TF。EMC应用示意图如下：共模扼流器磁珠图2. HDMI的EMC设计在HDMI数据传输过程中，HDMI接口的插入损耗，阻抗特性，眼图测试等必须满足相关测试要求才能保证数据的高效传输，下面是HDMI接口安装共模扼流器SDCW2012H-2-900TF后的各项特性测试图表：1. 插入损耗测试图3. 插入损耗测试从测试效果来看，插入损耗在6GHz范围内插损最大值为-2.09dB, 不会对信号完整性造成破坏。2. HDMI特性阻抗测试图4. HDMI特性阻抗

5、测试HDMI规定端口特性阻抗值为85115，从特性阻抗测试可以看出端口特性可以很好的满足HDMI规范要求。3. 眼图测试图5. 眼图测试ESD防护设计设计HDMI接口支持热拔插，在此操作过程中可能产生高达8kV的ESD, 造成对数据传输的瞬态干扰和对硬件的损坏。针对ESD问题，我们可以在HDMI端口放置压敏电阻来达到ESD防护的目的。考虑到HDMI高速传输的特性，我们需要选用极小电容量的压敏电阻才能保证数据传输的及时性。下图是HDMI接口ESD防护推荐方案：图6. ESD 防护方案其中在四对信号线上推荐超小电容量压敏：SDV1005H260C0R5YPTF， 该压敏电阻电容量只有0.5pF,

6、截至频率达到2GHz-3dB, 可以满足高速传输特性。在CEC管脚，SCL/SDA以及HPD和电源，接地的管脚均推荐我司压敏电阻：SDV1005E090C300NPTF. （HDMI1.4规定HDMI I2C总线和HPD总线的电容不能超过50pF, CEC总线的电容不能超过150pF)综上，HDMI接口的EMC设计和ESD防护推荐方案如下：12345678910111214151617181314共模扼流器512 压敏电阻13 磁珠SDCW2012H-2-900TFSDV1005H260C0R5YPTFPZ1608D121-1R0TF1418压敏电阻SDV1005E090C300NPTF图6. USB3.0的EMC和ESD综合防护方案在以上器件放置时，压敏电阻用以ESD防护，所以应该放置在最靠近接口部位，以便在ESD的源头进行防护，后面才安放共模扼流器和磁珠。