PolySwitch在数字电视一体机上的保护 Panasonic, Samsung, 一体机, 数字电视, 接收机

作者: TE电路保护 (TE Circuit Protection) 戴泰初

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。



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。



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。



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。



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。



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。