TLP应用在HDMI接口系统级测试

        HDMI  (High Definition Multimedia Interface)作为高清数字化音、视频传输接口，广泛应用于个人计算机，电视，机顶盒，游戏主机，投影仪等设备中。随着视频分辨率的不断提升，需要使用更高传输速率的接口协议作为匹配，HDMI接口协议已从最初的1.0版本，更新升级到目前广泛使用的HDMI 2.1版本，其最大传输速率提升至最大支持48Gpbs，可支持视频传输最高分辨率4K*2K@120Hz和8K*4K@60Hz。

表1.  HDMI接口个版本信息

        HDMI接口定义为Type-A、 B、C、D、E五种类型，除了Type-B接口有29个Pin脚，其它四种接口类型均为19个Pin脚。其中使用最为广泛的为Type-A类型接口，如下图1其Pin脚定义组成有TMDS高速通信信道与Clock时钟控制信道、DDC/SCL/SDA辅助通信信道、HPD热拔插检测和VCC电源。

图1.  HDMI_Type-A类型接口定义

        对于HDMI接口如此高速且多路的信号传输，为了防止客户在产品使用过程中ESD瞬态脉冲干扰到HDMI的正常通信，甚至是可能打坏HDMI接口控制芯片，所以各类产品对HDMI接口做ESD测试必不可少。但是使用IEC 61000-4-2 静电枪对产品做ESD等级测试时，只能得到输出不同电压下测试结果是单纯的Pass或者Fail。为了保证能够在前期设计出可靠的ESD保护电路，量化HDMI接口各个信号线路的ESD耐受电压，可以利用TLP (Transmission Line Pulse)对HDMI接口信号线路做一次完整的摸底测试，通过TLP量测得到的HDMI接口耐受电压值，来选择更加合适的TVS产品作ESD保护。         

        TLP为传输线脉冲测试系统，它可以输出电流方波来仿真ESD静电枪同等级的测试。在进行TLP测试时，每输出一次电流方波，测试系统可以记录此ESD电流进入元件被测脚的工作电压值。通过设置不同大小的电流方波，可以在被测元件量测到足够多的电压值，将记录的I-V数据绘制到表格中就可以得到一条TLP曲线，通过TLP曲线可以清楚的读取到被测元件的ESD耐受电压值，或者ESD不同等级下的TVS钳位电压值。这也是各类芯片产商使用TLP来模拟ESD测试的主要原因。         

        通过对比不同的TLP曲线，可以直接读取TVS产品的钳位电压值大小。同等级的输出电流下，TVS钳位电压越低，对ESD保护效果越明显。如下图2中，同样TLP输出15A电流时，TVS_AZ176S-04F钳位电压为4V，而TVS_AZ1045-04F的钳位电压10.2V，很显然TVS_ AZ176S-04F产品在针对ESD保护时，可以更好的抑制ESD对电路通信的干扰或者破坏。

图2.  不同TVS产品TLP曲线图

        另外，除了我们可以对TVS产品和其它各类芯片的I/O引脚做TLP测试，TLP同样也可以应用到不同产品的各类接口Pin脚上，而且更为直观的反映接口Pin脚的ESD耐压值。例如HDMI接口的TMDS高速信号线，对其做TLP测试时不断加高输出电流，直至HDMI接口检测失效，记录测试I-V数据并整理到TLP曲线图中，再通过对比TVS产品的TLP曲线，一目了然选择最为合适的TVS产品作为ESD保护。 

         如下图3中，利用TLP测试某计算机HDMI接口的TMDS线路得到其TLP曲线图，HDMI_ TMDS及Clock时钟控制线路在ESD能量进入时，最大工作电压分别为24V和21V，那么我们在选择TVS时，只需要保证TVS的TLP钳位电压值小于21V，就可以保护HDMI_TMDS线路免受ESD的破坏。

        通过测试结果来看，不同IC芯片因为制程的变化，ESD耐受电压也会有所改变，特别是随着不断引进更高的芯片制程，其IC本身ESD耐受有变更弱，所以要求接口处TVS保护器件的钳位电压值也需更低。针对不同版本的HDMI接口，晶焱科技针对常用的HDMI1.4、2.0和2.1版本也提供如下表TVS方案供选择。

参考文献 [1]. HDMI官方网站：https://www.hdmi.org