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HDMI 2.1静电保护方案

热度 1已有 774 次阅读| 2024-9-14 16:47 |个人分类:静芯微|系统分类:芯片设计

HDMI 2.1静电保护方案

方案简介

HDMI(高清多媒体接口)是一种全数字化视频和声音发送接口,可以发送未压缩的音频及视频信号,广泛应用如消费类产品上,如机顶盒、DVD播放器、个人计算机、电视、游戏主机、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI 2.1标准由HDMI协会在2017年正式发布,其关键改进在于将视频信号传输速率从HDMI 2.0的18Gbps大幅跃升至48Gbps,同时支持的分辨率CAN总线CAN总线上限由4K升级至8K。

HDMI接口作为一种热插拔端口,其设计易受到静电放电的损害,造成内部芯片的损坏,尤其是在与用户终端或带电电缆的连接过程中。HDMI 2.1的主控芯片采用了更为先进的制程技术,但是对静电放电(ESD)敏感度一定程度降低,需要更优秀的抗干扰保护。普通的防护方案或许会对数据的传输造成一定影响,此方案采用低电容低漏电的ESD静电防护器件 ,在不影响数据传输的前提下满足HDMI兼容性测试规范(CTS)的信号完整性和阻抗要求,让后端的电路得到有效防护。

HDMI的引脚配置


编辑


引脚

定义

引脚

定义

1

数据3+ (Data Lane3+)

11

数据0屏蔽(Data Lane0 shield)

2

数据3屏蔽(Data Lane3 shield)

12

数据0- (Data Lane0-)

3

数据3- (Data Lane3-)

13

CEC

4

数据2+ (Data Lane2+)

14

保留

5

数据2屏蔽(Data Lane2 shield)

15

DDC时钟线(SCL)

6

数据2- (Data Lane2-)

16

DDC数据线(SDA)

7

数据1+ (Data Lane1+)

17

DDC/CEC地(DDC/CEC GND)

8

数据1屏蔽 (Data Lane1 shield)

18

+5V电源(Power)

9

数据1- (Data Lane1-)

19

热插拔检测 (Hot Plus Detect)

10

数据0+ (Data Lane0+)




HDMI 2.0采用传统的三对数据差分对(TMDS Data0, Data1, Data2)搭配一个时钟对(TMDS Clock Pair)的结构,而HDMI 2.1则创新性地采用了类似DisplayPort的FRL(固定速率链路)技术,将4组高速差分信号都定义成Data lane( Lane0, Lane1, Lane2, Lane3),并直接从信号中提取时钟,这一转变显著提升了数据传输效率。

HDMI的ESD防护

针对每条差分线承受的最大3.3V工作电压,特别是在极高速数据传输环境下,ESD防护器件的作用显得尤为关键。ESD防护在瞬态事件突发时,需凭借超低线间电容来维持电路安全,同时丝毫不减损信号的纯净度与完整性。鉴于TVS与电路并联的布局,遭遇ESD冲击时,电路承受的电压即等同于ESD防护器件的钳位电压,故确保钳位电压尽可能低。因此,理想的保护器件应兼具低ESD峰值钳位电压和低动态电阻的优越特性,以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。这对HDMI在选择ESD防护器件时需要考虑如下要求:

  1. 确保信号完整性,实现极高的二极管开关速度和极低的线电容

  2. 经过若干次ESD冲击后,防护性能不退化且泄漏保持在较低水平

  3. 器件封装尺寸小,PCB设计空间充足

  4. PCB设计层面,对布线进行优化,实现高效封装布局

应用示例

编辑

我们为HDMI 2.1接口提供了两种ESD静电防护器件,专为保护该接口的高速差分线路而设计,型号分别为SEUC2F5V1B和SEUC236T5V4U。分立器件减少了生产成本,集成式器件的流通式封装设计简化了 PCB 布局,减少布线过程中的不连续性,促进了信号完整性和系统稳定性的提升。

其中SEUC2F5V1B结电容仅有0.2pF,可对单路高速数据线进行静电防护,可以使用八个SEUC2F5V1B来保护四个Lane通道。它的工作电压为 5 V,最小击穿电压为 6V,符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范,在 ±15kV(空气)和 ±10kV(接触)下提供瞬变保护。

DDC时钟和数据通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U,可同时保护HDMI2.1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。它的工作电压为 5 V,结电容仅有0.6pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范,在 ±17kV(空气)和 ±12kV(接触)下提供瞬变保护。


型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容(pF)

封装

SEUC2F5V1B

Bi.

5

3.0

18

0.2

DFN1006-2L

SEUC236T5V4U

Uni.

5

4.5

15

0.6

SOT-23-6L

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM




5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.0



V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V



1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us


12.0

14.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=3A; tp=8/20us


18.0

20.0

V

Junction Capacitance

CJ

I/O to GND; VR=0V; f=1MHz


0.2

0.3

pF

表1 SEUC2F5V1B电气特性表


Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM




5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.0



V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V



1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us


9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=4.5A; tp=8/20us


12.0

15.0

V

Junction Capacitance

CJ

I/O to GND; VR=0V; f=1MHz


0.6

1.0

pF

Between I/O; VR=0V; f=1MHz


0.3

0.5

表2 SEUC236T5V4U电气特性表

总结与结论

由于HDMI在家庭娱乐和智能办公中发挥着重要作用,且一直在向实现更高的画质和更流畅的性能表现发展,保护HDMI接口免受ESD静电损害极为关键。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD保护器件,可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务,为各种接口提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护 HDMI 2.1的优选之策,确保消费者能够高品质享受视听体验的流畅无阻



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回复 pzkpfw4 2024-9-23 02:13
  

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