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关键要点 要跨越隔离栅将TMDS电流模式逻辑桥接至LVDS，需要精确设计交流耦合与偏置网络。 偏置设置不当将导致两侧直流工作点违规。 此类隔离方法不仅适用于HDMI，还延伸至机器视觉与工业相机链路。无论是Camera Link、GigE Vision还是DisplayPort，均能在2× MOPP防护下保持多千兆位信号完整性。

摘要

本文介绍了一种面向医用级工业计算机的电气隔离HDMI接口，可在满足IEC 60601-1 MOPP/MOOP安全要求的同 时，支持高达1080p @ 60Hz的高速视频传输。本文提出的架构以高速LVDS数字隔离器为基础，采用交流耦合 和精心设计的偏置与端接网络，实现了TMDS CML域与LVDS域之间的转换，同时确保符合HDMI物理层规范。这 种方法也适用于其他需要数Gbps数据速率和2× MOPP保护的医疗和工业成像链路。

简介：医用级工业PC

工业个人计算机(IPC)本质上是一种以CPU、内存和存储为核心的计算平台，侧重于在严苛环境下长期稳定运行，而非面向消费者或办公场景。与消费级PC相比，IPC更注重可靠性、使用寿命和环境耐受性，并且通常需要通过严苛的温度、振动 和机械测试。

在医疗健康领域，医用级工业计算机广泛应用于医学成像系统（CT、MRI、超声波）、床边推车、手术室集成系统和实验室自动化。它们必须符合医疗安全和电磁兼容性(EMC)标准，例如IEC/EN 60601-1和IEC/EN 60601-1-2。同时，它们必须采用易于清洁的抗 菌外壳和无风扇、低噪声的散热设计，以满足医院的感染防控与静音使用要求。

医用级工业计算机的安全和隔离要求

与通用工业计算机相比，医用级工业计算机的最大区别在于，必须符合医疗安全标准，特别是在涉及患者接触时，对电气安全和EMC有严格要求。国际上主要采用两项标准：IEC 60601-1，规定了医用电气设备的基本安全和核心性能要求；IEC 60601-1-2，明确了EMC方面的要求。这些标准限定了允许流过患者和操作人员的漏电流值，并对绝缘类型、爬电距离、电气间隙和介电强度提出了明确要求。

IEC 60601-1引入了患者防护措施(MOPP)和操作人员防护措施(MOOP) 的概念。医疗设备必须通过机械设计和绝缘系统提供一种或两 种独立的防护措施，目的是确保任何I/O接口（如USB、HDMI、以 太网或电源）都无法通过接地或其他公共参考路径使患者接触 到危险电流。紧凑、高性能的医用IPC要求对电气隔离边界进行 精细划分，并采用经过医疗认证的隔离电源域。参见表1。

表1：IEC 60601-1关于MOOP和MOPP的规范

级别	隔离栅	绝缘电压(VAC)	最小爬电距离 (mm)	最小电气间隙 (mm)
1× MOOP	基础	~1500	~2.5	~2.0
2× MOOP	加强	~3000	~5.0	~4.0
1× MOPP	基础	~1500	~4.0	~2.5
2× MOPP	加强	~4000	~8.0	~ 5.0

高速信号隔离面临的设计难题

采用高速接口的系统要满足上述安全和隔离要求，往往会面 临一些实际挑战。标准隔离器件通常支持100Mbps左右的数据速 率。对于USB 2.0、USB 3.0等高速接口，或对于同样需要电气隔离 的高带宽视频链路（HDMI、MIPI CSI），标准隔离器已难以胜任。 设计人员至少需要关注以下三个方面。

• 隔离带宽：隔离器必须支持接口所需的高数据速率。
• 协议兼容的物理层转换：隔离器的前端和后端必须具备与相应接口标准兼容的电气特性。
• 信号完整性(SI)：眼图开度、抖动和偏斜必须控制在高速标准的合规限值以内。

本文以HDMI为代表性示例，阐述了ADI公司如何实现能够满足2× MOPP隔离要求的高速电气隔离方案。同样的设计理念可以推广到其他高速接口。

关于作者

Cindy Chang

Cindy Chang是ADI公司中心应用部门的应用工程师。她毕业于加州大学洛杉矶分校，获得电气工程学士学位，2022年7月加入ADI公司。