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投影仪是一种集成了图像解码、无线通信、信号驱动、光源控制以及电源管理功能的智能影像输出设备。在日常使用中，投影仪既能满足无线投屏和视频播放的需求，又可作为电脑、手机等终端的影像扩展设备，完成无线连接、HDMI 信号输入、USB 存储设备播放、音频输出等功能。
投影仪作为高频人机交互的影音设备，其内部集成了主控芯片、图像处理芯片、高速信号收发 IC等大量敏感电子元器件，这些元器件对静电放电（ESD）极为敏感，人体接触设备外壳、按键与接口时静电电压可达数千伏甚至更高。一次微小的静电放电就可能导致投影画面闪屏花屏、信号断连、系统死机重启等现象的产生，甚至造成主控或图像解码芯片的永久性损坏。同时投影仪机身按键、散热开孔、外接接口数量多，在空气放电测试中极易出现兼容性异常，ESD 防护器件的选型与 PCB 布局设计难度更大。本文将基于投影仪系统的各模块电路进行分解，介绍适合投影设备的防护方案以及防护器件推荐，使该系统顺利通过 IEC 61000‑4‑2 和 IEC 61000‑4‑5 标准。
投影仪框图与可用物料汇总
下图为投影仪整机系统及静电防护框图，该设备搭载 FPGA 视频处理单元、DLP 显示控制器、图像主控芯片、光源驱动与 AC‑DC 供电系统，以微控制器单元为核心，覆盖 了HDMI 高清输入、USB 数据接口、VGA 视频接口、LAN 网口、RS232 串口、音频输入输出、功能按键等多个单元，并通过高速差分视频、I2C 控制、模拟信号、以太网等信号链路与主控交互。
图1投影仪系统结构组成图
应用方案示例
1.HDMI 2.0接口
目前市面上绝大多数 4K 投影仪，均以 HDMI2.0 作为主力信号输入接口。它支持 4K 60Hz 高刷新率画面传输，带来流畅无卡顿的高清观影体验，向下兼容 HDMI1.4 等旧规格设备，兼顾了新老信号源的适配需求，是当下投影行业应用最广泛、通用性最强的高清视频接口。外露的 HDMI 端口也面临着静电防护的设计难题，下面将针对 HDMI 端口的静电防护方案展开详细介绍。
图2 HDMI 2.0接口静电防护方案
高速差分线D0+/D0-,D1+/D1-,D2+/D2-,时钟引脚CLK+/CLK-
我们推荐使用湖南静芯的深回扫型ESD器件SEUCS10F3V4B。SEUCS10F3V4B是一款保护高速数据接口的超低电容深回扫型ESD保护器件，集成了四对超低电容控向二极管和一个TVS二极管，专门设计用于保护连接到数据传输线的敏感电子元件免受ESD(静电放电)引起的过压，可适用于HDMI 2.0的高速差分信号线防护。
CEC控制信号通道
CEC 是与其他HDMI信号分开的电信号，拥有一套完整的单总线协议，电子设备可以借着CEC信号让使用可控制HDMI接口上所连接的装置，实现由单一遥控器控制所有HDMI连接的装置。该通道允许HDMI设备在没有用户干扰情况下互相命令控制，最多可以控制15个设备。推荐使用湖南静芯的常规电容ESD器件SENC2F5V1BA作为该通道的静电保护器件。
ARC,SCL,SDA,HPD,电源通道
ARC功能是指HDMI线可直接将数字音频输出到功放上解码，并在音响设备上输出。HDMI2.0的14引脚拥有ARC功能，传输速度约为1Mbit/s。为了保证频的稳定传输，需要在14引脚附近连接合适的静电保护器件。
SCL引脚和SDA引脚分别作为HDMI接口的DDC时钟和数据通道，通过这两个引脚可让传送端与接收端得知彼此的传送与接收能力，最后可放送出符合电视分辨率的影像画面。
HPD引脚拥有热插拔检测功能，其作用是当显示器等HDMI接口的显示设备通过HDMI/DVI接口与HDMI 源端相连或断开连接时，HDMI源端能够通过HDMI/DVI的HPD引脚检测出这一事件，并做出响应。
以上四个引脚再加上5V的电源引脚可以通过一个六引脚的集成式ESD器件进行静电防护。我们推荐采用湖南静芯集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U，可同时保护HDMI2.0的五个引脚免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。
表1 HDMI 2.0接口可用物料
2.USB-C接口
图3 USB-C接口静电防护方案
湖南静芯设计的SEUCS2X3V1B拥有卓越的ESD 保护特性，专为保护超高速USB 差分线路而设计，同时保持0.14pF的极低线间典型电容，确保高速差分线TX+ ,TX- ,RX+, RX-的信号完整性。SEUCS2X3V1B可对单路高速数据线进行静电防护，工作电压为 3.3 V，钳位电压仅为5.5V，封装为DFN0603-2L，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±15kV（接触）下提供瞬变保护。
支持PD 3.0的USB接口可以提供高达100W的功率，则VBUS上的最大电压可以达到20V，最大电流为5A。VBUS 引脚的安全性就需要使用工作电压高于 20V的防护器件来保护 VBUS 引脚。我们选用的是湖南静芯的一款工作电压为22V的瞬态转向抑制器(TDS)，型号为ESTVS2200DRVR。TDS的工作方式与TVS二极管不同，且具有更为优越的钳位电压和温度特性。TDS不再使用传统的PN结作为击穿机制与浪涌电流泄放通路。相反，TDS采用浪涌额定金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）进行浪涌电流泄放，以触发电路作为主要钳位元件。ESTVS2200DRVR器件为DFN封装，工作电压为22V，它具有24.6V的最小击穿电压和70A的峰值脉冲电流, 且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护。
D+/D-两个引脚是用于兼容USB 2.0接口，D+和D-引脚承载速率为480Mbps的差分数据信号，这对差分线上的电压在正常工作条件下可以达到 5V。推荐采用湖南静芯的一款低电容ESD保护器件SELC2X5V1BT，该器件的工作电压为5V，钳位电压为22V，结电容仅为0.3pF，封装为DFN0603-2L，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±25kV（空气）和 ±22kV（接触）下提供瞬变保护。
CC/SBU引脚我们推荐使用湖南静芯的双向ESD静电保护器件SEUCS2X24V1B，该器件采用超小型DFN0603-2L封装，工作电压为24V，钳位电压为5.6V，结电容仅为0.12pF， 符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±15kV（接触）下提供瞬变保护。
表2 USB-C接口可用物料汇总
3.VGA接口
图4 VGA接口静电防护方案
表3 VGA接口可用物料
4.千兆以太网
在千兆以太网静电防护方案一中我们提供了两种不同的防护器件。SELC3D3V1BLC为常规电容ESD静电防护器件，专为保护千兆以太网接口的差分线路而设计；ES4200SCS和ES0640SCS为两款不同型号的TSS半导体放电管，通常用于帮助保护敏感的电信设备免受由雷电和设备切换操作引起的瞬变浪涌电压的损坏。
图5 千兆以太网静电防护方案
表4 千兆以太网静电防护可用物料
5.RS232接口
RS232 接口布置于投影仪前端主控板，连接整机 MCU，常应用于工程中控控制与设备调试运维。作为外露可插拔接口，在实际使用过程中极易遭受静电冲击，进而造成主控串口通信异常，接下来将介绍 RS232 端口对应的静电防护解决方案。
图6 RS232接口静电防护方案
表5 RS232接口可用物料汇总
6.其他可用物料
表6 其他可用物料汇总
总结与结论
随着影像显示技术持续迭代升级，商业投影仪从基础影像输出设备逐步发展为集成无线投屏、高清信号解码、多路有线音源视频输入的多功能影音终端。产品日常频繁插拔 HDMI、USB、VGA、LAN 等外接线材、触碰机身按键、人机近距离交互使用，极易遭受静电与浪涌侵扰，对静电浪涌防护提出严苛挑战。通过多层次系统静电防护设计，可有效泄放瞬态高压能量，避免静电造成画面闪屏、信号断连、音频杂音甚至整机死机等故障，保障整机工作稳定性与用户使用体验
