【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

技术问答

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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顺络电子（Sunlord）热敏电阻器/电路保护元件/射频元件/EMC元件选型表

描述- Shenzhen Sunlord Electronics Co.,Ltd. is engaged in development,manufacturer and sales of types of chip electronic components. Sunlord's products focus on magnetic devices,microwave devices,sensitive devices,which are widely used in communications,consumer electronics,computers,automotive electronics,new energy,network equipments,industry electronics,and other fields.

型号- 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

选型指南 - 顺络 - 2024/1/4 PDF 英文下载

顺络EMC元件-磁珠选型表

顺络电感推EMC元件，提供阻抗，直流电阻，额定电流，尺寸等参数选型器，其中磁珠和共膜扼流器，分叠层和绕线形式，广泛应用在低速信号、高速信号以及电源线用。其主要提供以下参数，阻抗@100MHz(Ω)：0~5760Ω；阻抗@1GHz(Ω)：15~4600Ω；直流电阻：0.00075~8.81Ω；额定电流：0.13~10000mA；尺寸：0.6mm×0.3mm~4.5mm×1.6mm；T（尺寸）：0.3~2mm。

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

Multilayer Chip Ferrite Bead - AUPZ Series

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

数据手册 - 顺络 - 2023/8/25 PDF 英文下载

S-parameter S22 PZ1608D121-1R0TF

型号- PZ1608D121-1R0TF

设计模型 - 顺络 - 2024/08/31 PNG 英文下载

UPZ Series Multilayer Chip Ferrite Bead

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

数据手册 - 顺络 - 2021/05/15 PDF 英文下载

远见电子（PEC-Coil）成立于2005年，是一家专注于磁性元件及电源领域的台湾供应商，致力于交换式电源变压器，电感器等产品的研发生产，且工厂通过IATF16949认证。经过多年发展, 已成为大电流、低功耗电感标准系列产品数量全球最多的供应商。

铁氧体功率电感扁平线电感大电流功率磁珠一体成型电感 LLC谐振变压器 POE变压器逆变变压器功率变压器平面变压器 SMD共振电感 THT共模电感扁平线共模电感 PFC扼流圈 EMI共模电感贴片电感贴片共模电感电磁干扰共模扼流圈

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S-parameter S21 PZ1608D121-1R0TF

型号- PZ1608D121-1R0TF

设计模型 - 顺络 - 2024/08/31 PNG 英文下载

【应用】共模电感SDCW-U用于USB3.0接口电路设计，直流阻抗低，降低EMC辐射

USB3.0是目前在计算机领域的主流接口技术，为了提高信号质量，抑制高速信号线产生的电磁波辐射和高频杂波，通常会在USB3.0差分信号输入端增加共模电感。推荐顺络电子的共模电感SDCW-U系列，可以提供2012和1210两种封装，14/60/90欧姆共模阻抗，额定电流最高600mA，直流阻抗最小120mΩ，是USB3.0、HDMI接口电路EMC设计的优秀解决方案。

应用方案发布时间 : 2021-07-10

【应用】USB Type-C接口EMC设计及过压防护方案

Type-C需要注意的问题点：1、高达10Gbps的传输速度必然导致端口的EMI辐射超标严重；2、Type-C电压范围广、功率大、速度快特征对端口防护器件有了更高要求。在本文，顺络电子针对USB Type-C提出了相应的解决对策。

应用方案发布时间 : 2021-08-10

S-parameter S12 PZ1608D121-1R0TF

型号- PZ1608D121-1R0TF

设计模型 - 顺络 - 2024/08/31 PNG 英文下载

用于适配器GAN MOS开关噪声（100MHz~200MHz）抑制的顺络磁珠与平面变压器

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