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PolySwitch在数字电视一体机上的保护
作者:TE电路保护 戴泰初
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电视机/机顶盒/投影机展厅
数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机...
1.电视机CI PLUS标准介绍

CI全称Common Interface,它是一种用于有条件接收机 (CA机) 的通用接口,CI在1997年以EN 50221(DVB-CI v1) 标准成立,CI PLUS是对CI标准的扩展,在2007年由六家公司发起成立CI PLUS机构,包括Sony,Philips,Samsung,Panasonic等公司,目的是为了解决版权保护的问题。CI PLUS相比CI标准,它不仅符合DVB-CI标准, 通过在每台数字电视收视终端(一体机和视密卡)中增加功能,进而克服了付费电视中内容保护的弱点。在所有支持CI PLUS的地区,用户通过将CI PLUS模块插入数字液晶电视机或机顶盒中来获得各种付费电视的节目。CI PLUS的问世是用于保护广播内容,特别是保护正在被复制的信息,最主要的是为了解决内容提供商对于未经加密的CI信息安全隐患的质疑。

CI PLUS具有以下特点:

1) 增加了特别的层以保护主机 (指机顶盒、数字电视一体机或数据转发器) 和CI模块的通讯安全;2) 为传输流接口中的内容提供安全保护;

3) 执行防拷贝条款;

4) 支持图形化MHEG-5菜单和应用程序。

下图一是CI PLUS结构示意图。

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图1: CI PLUS结构示意图

图一中的CI PLUS示意图中提到了PCMCIA接口,PCMCIA它是一种基于总线的接口技术,PCMCIA是英文“PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION”的缩写,它是一个成立于1989年的国际性组织,是一个具有300多个成员公司的国际标准组织和贸易联合会,其成员有Intel、AMD、IBM、Compaq和TI等国际著名公司。这个国际性组织主要是建立一个省电、小体积的整合性电子卡片的标准,提高移动计算机的互换性。

PCMCIA接口在笔记本电脑上较常见,现在在数字液晶电视机以及机顶盒也越来也多的使用PCMCIA接口,CI PLUS中的PCMCIA接口定义与笔记本电脑中PCMCIA一样。

下图二是PCMCIA接口的实物图。

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图2:PCMCIA接口实物图

图一中的CAM卡,它是一种数字视频条件接收模块,是一个连接电视机与外部信号源的设备。它可以将压缩的数字信号转成电视内容,并在数字液晶电视机上显示出来。CAM卡(亦称大卡)和智能卡(亦称小卡,SC卡)配合使用,插入带有CI接口的数字电视一体机,用户无需机顶盒直接收看所订购的付费数字电视内容。CAM 卡可以支持最大96Mbps 带宽的TS流 (理论上可达200Mbps) ,工作电压为4.5V至5.5V,工作电流通常小于150mA,功耗较低小于600mW。

2. 数字液晶电视机发展趋势

液晶电视机的发展趋势朝数字化、智能化发展,其中数字电视一体机就是其中一种方向。数字电视一体机与模拟电视加机顶盒的方式相比,数字电视一体机实现了数字高频头、数字芯片的全内置,具有集成度高的特点,可以实现全程数字化影音数据处理,避免了数字信号在传输、转换过程中的信号损失等优点,是收看数字电视最理想的模式,是模拟电视向数字电视切换的必然选择,这将是未来数字电视的发展方向。同时避免了机顶盒杂乱的连线和操作多个遥控器的麻烦,具有节省空间、智能家居等优点。

从国外数字电视发展趋势来看,采用PCMCIA接口的机卡分离模式是其中主要的一个方向,现在可以预见其应用也将越来越广泛,无论是美国的POD标准,还是欧洲的DVB-CI标准,其基本的物理接口都是PCMCIA接口。PCMCIA接口在液晶电视机和机顶盒上都可以用来插智能电视卡。在欧盟,基于2002年的强制性规定,几乎所有新的数字电视一体机都配置了至少一个CI接口。在2009 年8月,荷兰有线运营商Ziggo,成功启用CI PLUS,成为全球首家实现商用的运营商。

从国内数字电视的发展趋势来看,国内高清时代也已经来临,数字电视一体机也已经在国内大规模销售。据统计,国内销售前几名的电视机生产商,都有销售带CI PLUS接口的数字电视一体机,数字电视一体机的优点也逐渐得到广大消费者的认可。

下图三是带有CI PLUS接口的数字电视一体机示意图。

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图3:带CI PLUS接口的数字电视一体机示意图

3.PolySwitch特性介绍

TE公司的PolySwitch PPTC(polymeric positive temperature coefficient 聚合物正温度系数)电阻可用于防止电流、过热造成的损害。像传统的保险丝一样,这些元件可以在故障条件下限制危险的大电流流过。不过,PolySwitch元件可以在故障清除和电路电源断开重启后复位。

PolySwitch电路保护器件是由半晶状聚合物和导电微粒复合而成。在正常温度下,导电微粒在聚合物中构成低电阻的网格(如图2所示)。然而,不论因为通过器件的电流升高或者因为环境温度升高,当温度高至器件的开关温度(TSw)时,聚合物内的晶状体将熔化并变成非晶状。而在晶状体的熔化过程中其体积将增加并分离了导电粒子,从而导致器件电阻非线性的增加。

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图4:PolySwitch器件的工作原理

只要外部施加的电源电压保持在这个电平,则器件会一直锁定在动作状态(即器件会一直保持闩锁在保护状态)。一旦电压下降或者电源被断开重新启动后,PolySwitch器件恢复到正常工作状态。

4. PolySwitch在数字电视一体机PCMCIA卡上的过流保护

由上文看到,数字电视一体机采用CI PLUS是趋势,CI PLUS的设计也从安全可靠性方面综合考量,设计安全性不仅仅考虑数据内容的信息安全,对于电路保护的安全考虑也非常重要。由于CI PLUS采用PCMCIA接口,对于接口中的电源供电设备必须提供过流保护功能,这个电路保护也需要非常可靠和稳健,防止因过流情况而受损。过流情况可能是在未连接的状态下发生短路,或者连接上CAM装置后发生的异常状况造成过电流,这些情况下,外部的电路保护器件都需要行使保护的功能。众所周知,UL60950和USB规范要求对USB供电设备必须提供过流保护,即必须在USB功率输送的设计中采用过流保护。和USB接口保护一样,对于PCMCIA接口,在数字电视一体机主机端口之外的短路或者过流情形中,过流保护设备必须限制PCMCIA设备从端口吸取的电流总量。同时,过流保护设备必须满足PCMCIA设备达到要求的工作电流,比如对于大卡来说工作电流为150 mA。在设计PCMCIA端口保护时,保护器件也不得限制连接设备的输入功率要求。

对于数字电视一体机PCMCIA卡上的过流保护,采用的过流保护设备可以为一次性的保险丝,Power Switch芯片以及PolySwitch。采用一次性的保险丝虽然在大卡短路情况下提供保护,但是它是一次性的器件,保护好之后会造成永久开路,这样由于使用者的一次偶然事件,就需要维修整个数字电视一体机,对消费者造成极大的不便,当然对于数字电视一体机的生产商,也会增加极大的售后维修成本。采用Power Switch芯片方案虽然可以有效的对PCMCIA接口短路或者过流情况进行保护,但是采用Power Switch成本高,方案复杂,需要调试。满足CI PLUS安全要求的一种可靠办法是使用聚合物正温度系数 (PolySwitch) 过流保护器件,它是一种可多次可恢复的保护器件,具有可靠性高,使用简单,无需调试,保护后之后可自动恢复,降低了售后维修成本,同时PowerSwitch过流保护器件还可以帮助制造商满足UL 60950/LPS(受限制电源)要求,大大提高CI PLUS的安全性和可靠性。

下图五是数字电视一体机PCMCIA卡上的过流保护示意简图。

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图5:数字电视一体机PCMCIA卡上的过流保护示意简图

5.总结

PolySwitch是非常适合提供数字电视一体机PCMCIA卡过流保护的器件,符合各种规范需求或安规要求,为制造商提供一个可靠简单的保护解决方案,为消费者提供完美的使用体验,具有极高的性价比。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/5/2014)
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