無論您是在體育場的巨型螢幕上觀看棒球比賽的動作回放、或是在大螢幕電視上觀看電影還是在筆記型電腦上播放影片，始終都需要高品質的視聽 (AV) 體驗。Ultra-High-Definition Serial Digital Interface (UHD-SDI) 和High-Definition Multimedia Interface (HDMI) 是數位 AV 傳輸的兩個標準。UHD-SDI 的標準化，其透過同軸電纜或光纜傳輸未壓縮和未加密的數位 AV 信號。
HDMI 是一種數位接口，將高清、數位多軌音頻和未壓縮影片信號從 HDMI 兼容源傳輸到 AV 顯示器。儘管它們都可以將超高清 AV 信號從信號源傳輸到顯示器，但 HDMI 更適合連接電腦等消費電子產品，遊戲機、藍光/DVD 播放器、電視、投影機等。UHD-SDI 是專業室內/室外影片製作和電視廣播等高階應用的首選，因為它支持遠距離傳輸，並藉助電纜兩端的物理鎖定機制實現堅固的連接。UHD-SDI 同軸電纜可以傳輸長達 300 英尺的信號，而 HDMI 電纜即使在 50 英尺內也難以承受過度的信號衰減。這兩個介面可以通過 HDMI-SDI 或 SDI-HDMI 轉換器配合使用。例如，如圖 1 所示，HDMI 顯示器將用於 SDI 訊號的監控，以避免需要使用 SDI 專用顯示器。
圖 1. HDMI-SDI 轉換器
端口和接口的保護
一個 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換盒使用一個輸入電壓為12V的直流電源供應器供電。諸如浪湧電流、過電壓、短路、突波和穩態故障條件等異常電源情況在此類電源線中並不少見。eFuse 可精確檢測這些電湧，並通過在這些異常情況下輕鬆地將後方負載與電源斷開連接，為負載提供強大的安全保護。
一個 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換盒使用一個輸入電壓為12V的直流電源供應器供電。諸如浪湧電流、過電壓、短路、突波和穩態故障條件等異常電源情況在此類電源線中並不少見。eFuse 可精確檢測這些電湧，並通過在這些異常情況下輕鬆地將後方負載與電源斷開連接，為負載提供強大的安全保護。
HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器除了直流電源插孔外，另外兩個端口是 HDMI 和 SDI 端口。必須保護轉換器的接口免受靜電放電 (ESD) 的影響。當我們多次插拔轉換器的端口，很容易接觸端口，可能會產生靜電放電。這些 ESD 事件可以由用戶（人體）或電纜上存儲的電荷產生。靜電尖峰最高可達數萬伏特，很容易損壞轉換器的敏感電子電路。因此，每個接口的 ESD 保護不僅重要；這是必不可少的。Semtech 提供 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器的完整保護，如圖 2 中的框圖所示。
圖 2. HDMI-SDI 轉換器（上）和 SDI-HDMI 轉換器（下）的保護
讓我們看看如何保護 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器免受突波、過度電性應力 (EOS) 和 ESD 事件的影響。
直流電源線保護
HDMI-SDI 轉換器盒透過變壓器輸入 12V 電壓，或者一些現代變壓器還使用 USB Type-C 連接器為電路供電。這些應用中的任何一個都需要屏蔽浪湧電流、過壓、欠壓、短路和過熱的異常。Semtech 的HotSwitch®設備是帶有低電阻集成 MOSFET 的eFuse，該 MOSFET 串聯連接到電源端，可保護電子系統免受常見的突波和異常情況的影響。HotSwitch®HS2950P是一種出色的系統保護解決方案，適用於 HDMI-SDI 轉換器，可在異常情況下將電流和電壓限制在安全水平。HS2950P，如圖 3 所示，是一款單通道集成電子 eFuse，具有 2.7V 至 29V 的寬輸入電壓範圍，支持高達 5A 的輸出電流和 25mΩ（TYP.）的低 Rds(on)。HS2950P 採用微型 3x3mm 12 引腳 DFN 封裝，利用靈活和可設定的保護功能來處理多種異常情況。設定功能包括
- 過電流保護
- 精確的過壓保護
- 欠壓鎖定
- 軟啟動，可針對各種負載要求防止浪湧電流。
圖3 HS2950P在12V電源線上的應用圖在保護電源線免受異常條件影響後，我們還需要考慮如何保護它免受 ESD/EOS 事件的影響。直流電源線需要一個 ESD 保護元件，其具有響應時間快和箝位電壓低的特點。Semtech 的SurgeSwitch™ TDS2211P 器件非常適合保護 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器的直流電源線。TDS2211P，如圖 3 所示，沒有使用傳統的 PN 架構 TVS 二極體進行保護。相反的，它使用浪湧等級 FET 作為主要保護元件，用作電壓控制開關。
TDS2211P 的工作電壓為 22V。它提供 25V 的最小崩潰電壓和 40A (tp=8/20µs) 的峰值脈衝電流。TDS2211P 根據 IEC 61000-4-2 (ESD) 中的規範在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬態保護。該元件採用標稱尺寸為 1.6 x 1.6 x 0.55 mm 的 DFN 封裝。
HDMI端口保護
標準 Type A HDMI 連接器包含 19 個引腳，包括四個高速差分信號 (TMDS) 對和六個非高速通介面（+5V 電源、HPD、CEC、SDA、SCL、HEC），以實現數據轉換。TMDS 演算法使用三個 TMDS 數據通道和一個 TMDS 時鐘通道將影片和音頻信號從發送器傳輸到接收器。在 HDMI 2.0 規範中，這三個通道承載 18Gbps 的差分數據信號，每個通道為 6Gbps。
觀看此影片以了解有關 HDMI 保護的更多信息。
Semtech 的 RClamp®0594P（圖 4）能夠很好地保護 HDMI 2.0 接口的高速差分線路和其他六條非高速線路。它以僅為 0.3pF 的（TYP.) 結電容保護高速數據線。RClamp0594P 的工作電壓為 5V，最小崩潰電壓為 6V。它具有0.19Ω（TYP.）的動態電阻。RClamp0594P 根據 IEC 61000-4-2 (ESD) 中的規範在 ±17kV（空氣）和 ±12kV（接觸）下提供瞬態保護。Flow-through 封裝設計簡化了 PCB 佈局並保持了信號完整性。RClamp0594P 採用標稱尺寸為 2.5 x 1.0 x 0.55 mm 的 10 引腳 DFN 封裝。
圖 4. HDMI 端口的 ESD 保護圖 4. HDMI 端口的 ESD 保護
12G UHD-SDI 標準以 11.88 Gbps 傳輸和接收影片和嵌入式音頻。該標準主要用於 4k/UHDTV-1 (2160p) 影片格式。極低的電容是 UHD-SDI 接口所需的 ESD 保護元件的主要要求之一。另一個要求是為接口提供足夠的浪湧保護，因為它經常用於惡劣的室外環境。
Semtech 的 RClamp1011ZC 具有卓越的 ESD 保護特性，專為保護帶有 BNC 端口的 UHD-SDI 接口而設計，如圖 5 所示。它保護一條在 1.0V 下運行的雙向高速數據線。它提供卓越的 ESD 保護，同時保持 0.17pF 的極低（TYP.) 線間電容，確保信號完整性。它還具有僅為 0.32Ω 的(TYP.) 動態電阻。根據 IEC 61000-4-2，RClamp1011ZC 具有 ±10kV 接觸放電的高 ESD 耐受電壓。其高峰值脈衝電流能力（2.5A，tp=8/20µs）也非常適合 EOS 保護。RClamp1011ZC 採用極小型的 0201 DFN 封裝 (0.6x 0.3 x 0.25 mm)。
圖 5. UHD-SDI 端口的 ESD 保護
結論
HDMI 和 UHD-SDI 是兩個著名的的 AV 標準。HDMI-SDI 或 SDI-HDMI 轉換器可以毫無問題地互連不同的 AV 設備。這些轉換器的受歡迎程度正在上升。隨著數據傳輸速度、影片質量和分辨率的大幅提高，轉換器更容易受到電氣瞬變、穩態故障、ESD 和 EOS 威脅。這些故障很容易損壞連接到 HDMI-SDI 或 SDI-HDMI 接口的高端設備。Semtech 範圍廣泛的可靠保護產品可以保護任何 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器免受任何異常情況的影響。其高效的 HotSwitch、SurgeSwitch 和 TVS 二極體產品可保護 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器的所有端口和接口。讓消費者可以體驗到穩定的產品應用。Semtech
HotSwitch®HS2950P 適用於 HDMI-SDI 轉換器
SurgeSwitch™ TDS2211P 適用於 HDMI-SDI/SDI-HDMI 轉換器的直流電源線
RClamp®0594P 適用於 HDMI 2.0 接口
RClamp1011ZC 適用於 BNC 端口的 UHD-SDI 接口
此文章引用於 Semtech Anindita Bhattacharya https://blog.semtech.com/complete-protection-for-hdmi-sdi-and-sdi-hdmi-converters