【经验】HDMI接口电磁兼容性和过电压防护设计详解

时间： 2021-08-21 来源：顺络

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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，本文顺络将从EMC设计和ESD防护两方面对HDMI接口防护设计进行分析并提出相应的对策。

一、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。

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：

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特性阻抗测试

3. 眼图测试

图5. 眼图测试

二、ESD防护设计

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, 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：

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。

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产品型号	品类	阻抗@100MHz(Ω)	直流电阻(Ω)	额定电流(mA)	L×W（mm×mm）	T（mm）
AEPZ4030U560-10R0T	磁珠	56±25%Ω	0.004Ω	10000mA	4.0×3.0mm	1.6mm

选型表 - 顺络立即选型

多层片式铁氧体磁珠-AUPZ系列

型号- AUPZ21SUG101H1T,AUPZ21 TYPE,AUPZ21,AUPZ31SUG121H1T,AUPZ18TUX101H1T,AUPZ18SUG330H1T,AUPZ18SUG601H1T,AUPZ21SUG220H1T,AUPZ18SUG221H1T,AUPZ21SUG601H1T,AUPZ SERIES,AUPZ18SUX331H1T,AUPZ18SWG391H1T,AUPZ31 TYPE,AUPZ18,AUPZ18TUX300H1T,AUPZ31SUG330H1T,AUPZ18 TYPE,AUPZ21SUG121H1T,AUPZ,AUPZ18SUG121H1T,AUPZ18SUX102H1T,AUPZ18SUG471H1T,AUPZ31,AUPZ31KUX102H1T,AUPZ18SUG102H1T,AUPZ21SUG221H1T,AUPZ31KUX601H1T,AUPZ31SUG601H1T,AUPZ18SUH471H1T,AUPZ18SUH102H1T,AUPZ18SUH121H1T

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型号- UPZ1005,UPZ1608G300-1R8TF,UPZ2012U221-3R0TF,UPZ1608,UPZ2012U220-6R0TF,UPZ1608U601-1R3TF,UPZ0603U121-R90TF,UPZ1608U700-4R0TF,UPZ1608U280-6R0TF,UPZ2012U600-4R0TF,UPZ,UPZ1005D100-2R0TF,UPZ1005D221-R90TF,UPZ1608E601-1R0TF,UPZ2012E300-6R0TF,UPZ SERIES,UPZ0603,UPZ2012E121-4R0TF,UPZ1005D121-1R3TF,UPZ1608U471-1R5TF,UPZ1608U221-2R2TF,UPZ1608G101-1R0TF,UPZ1608E221-2R2TF,UPZ1608U331-1R5TF,UPZ0603U800-1R0TF,UPZ1608W260-6R0TF,UPZ2012U300-6R0TF,UPZ0603U330-1R5TF,UPZ0603U470-1R0TF,UPZ1005D300-1R7TF,UPZ1608U220-6R0TF,UPZ2012E331-2R5TF,UPZ0603U220-1R8TF,UPZ2012E221-3R0TF,UPZ2012E102-1R5TF,UPZ2012E601-2R0TF,UPZ1608E300-5R0TF,UPZ1005D300-2R2TF,UPZ1005D600-1R5TF,UPZ1608G600-1R2TF,UPZ1608E600-3R5TF,UPZ2012D800-4R0TF,UPZ1608U391-1R5TF,UPZ1608E101-3R0TF,UPZ1608E331-1R7TF,UPZ1005D800-1R5TF,UPZ1608E181-2R2TF,UPZ2012,UPZ2012D220-6R0TF

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S参数S21 PZ1608D121-1R0TF

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型号- PZ3225U601-3R0TF,SDNT0603C103F3380FTF,MPH201210S4R7MT,MPL2012S3R3MHT,MWSA1206S-330MT,MWLA1206S-470MT,MPH252010S2R2MT,MPH201210S3R3MT,MWSA1206S-270MT,MZAS3225D681-4R0TF,MPL2520S2R2MWT,SDNT1005X104F4250FTF,MZAS4532D102-5R0TF,MWLA1206S-330MT,MPH252010C3R3MT,MZAS2520D601-4R0TF,MPL2016S3R3MHT,SDNT1005X103F3380FTF,MPL2520S4R7MWT,ED18,MZAS2016G301-3R0TF,MPL2016S4R7MHT,MPL2012S4R7MHT,MPL2520S3R3MHT,MPL2016S2R2MHT,MWSA1206S-180MT,MPL2012C2R2MHT,MPL2012S2R2MYT,MPH252010S4R7MT,MWLA,MPH201210S2R2MT,MPL2012S4R7MYT,MPL2012S2R2MHT,MWLA1206S-220MT,PZ3225D601-3R0TF,SDNT0603C473F4050FTF,MPH252010S3R3MT,MPH252010C2R2MT,MWSA1206S-150MT,RM8,MWSA,MWSA-S,MPL2520S4R7MHT,MWSA1206S-220MT,SDNT,MWSA-S SERIES,QC15W,MWLA-S,MWSA1206S-470MT,MWLA-S SERIES,MPH201210S2R7MT,MPL2520S2R2MHT,MPL2520S3R3MWT,SDNT0603C104F4250FTF,MPH252010C4R7MT,MWLA1206S-150MT

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型号- UPZ1608E601-2R0TF

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产品型号	品类	Common Mode Impedance @100MHz(Ω)	Max. DC Resistance(Ω)	Max. Rated Current(mA)	Rated Voltage(V)	Min. Insulation Resistance(MΩ)
SDCW2012-2-300TF	共模扼流器	30±25%Ω	0.2Ω	450mA	50V	10MΩ