TLP應用在HDMI接口系統級測試

        HDMI (High Definition Multimedia Interface)作為高清數字化音、視頻傳輸接口，廣泛應用於個人電腦，電視，機頂盒，遊戲主機，投影儀等設備中。隨著視頻解析度的不斷提升，需要使用更高傳輸速率的接口協議作為匹配，HDMI接口協議已從最初的1.0版本，更新升級到目前廣泛使用的HDMI 2.1版本，其最大傳輸速率提升至最大支持48Gpbs，可支持視頻傳輸最高解析度4K*2K@120Hz和8K*4K@60Hz。

表1.  HDMI接口個版本資訊

        HDMI接口定義為Type-A、 B、C、D、E五種類型，除了Type-B接口有29個Pin腳，其它四種接口類型均為19個Pin腳。其中使用最為廣泛的為Type-A類型接口，如下圖1其Pin腳定義組成有TMDS高速通信通道與Clock時鐘控制通道、DDC/SCL/SDA輔助通信通道、HPD熱拔插檢測和VCC電源。

圖1.  HDMI_Type-A類型接口定義

       對於HDMI接口如此高速且多路的信號傳輸，為了防止客戶在產品使用過程中ESD瞬態脈衝干擾到HDMI的正常通信，甚至是可能打壞HDMI接口控制芯片，所以各類產品對HDMI接口做ESD測試必不可少。但是使用IEC 61000-4-2 靜電槍對產品做ESD等級測試時，只能得到輸出不同電壓下測試結果是單純的Pass或者Fail。為了保證能夠在前期設計出可靠的ESD保護電路，量化HDMI接口各個信號線路的ESD耐受電壓，可以利用TLP (Transmission Line Pulse)對HDMI接口信號線路做一次完整的摸底測試，通過TLP量測得到的HDMI接口耐受電壓值，來選擇更加合適的TVS產品作ESD保護。        

       TLP為傳輸線脈衝測試系統，它可以輸出電流方波來模擬ESD靜電槍同等級的測試。在進行TLP測試時，每輸出一次電流方波，測試系統可以記錄此ESD電流進入元件被測腳的工作電壓值。通過設置不同大小的電流方波，可以在被測元件量測到足夠多的電壓值，將記錄的I-V數據繪製到表格中就可以得到一條TLP曲線，通過TLP曲線可以清楚的讀取到被測元件的ESD耐受電壓值，或者ESD不同等級下的TVS鉗位電壓值。這也是各類晶片產商使用TLP來模擬ESD測試的主要原因。         

       通過對比不同的TLP曲線，可以直接讀取TVS產品的鉗位電壓值大小。同等級的輸出電流下，TVS鉗位電壓越低，對ESD保護效果越明顯。如下圖2中，同樣TLP輸出15A電流時，TVS_AZ176S-04F鉗位電壓為4V，而TVS_AZ1045-04F的鉗位元電壓10.2V，很顯然TVS_ AZ176S-04F產品在針對ESD保護時，可以更好的抑制ESD對電路通信的干擾或者破壞。

圖2.  不同TVS產品TLP曲線圖

        另外，除了我們可以對TVS產品和其它各類芯片的I/O引腳做TLP測試，TLP同樣也可以應用到不同產品的各類接口Pin腳上，而且更為直觀的反映接口Pin腳的ESD耐壓值。例如HDMI接口的TMDS高速信號線，對其做TLP測試時不斷加高輸出電流，直至HDMI接口檢測失效，記錄測試I-V數據並整理到TLP曲線圖中，再通過對比TVS產品的TLP曲線，一目了然選擇最為合適的TVS產品作為ESD保護。 

        如下圖3中，利用TLP測試某電腦HDMI接口的TMDS線路得到其TLP曲線圖，HDMI_ TMDS及Clock時鐘控制線路在ESD能量進入時，最大工作電壓分別為24V和21V，那麼我們在選擇TVS時，只需要保證TVS的TLP鉗位電壓值小於21V，就可以保護HDMI_TMDS線路免受ESD的破壞。

圖3.  HDMI_TMDS/CLK線路TLP曲線圖

        通過測試結果來看，不同IC芯片因為制程的變化，ESD耐受電壓也會有所改變，特別是隨著不斷引進更高的芯片制程，其IC本身ESD耐受有變更弱，所以要求接口處TVS保護器件的鉗位電壓值也需更低。針對不同版本的HDMI接口，晶焱科技針對常用的HDMI1.4、2.0和2.1版本也提供如下表TVS方案供選擇。

參考文獻 [1]. HDMI官方網站：https://www.hdmi.org