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1606
HDMI 2.1靜電保護方案
方案簡介
HDMI(高清多媒體接口)是一種全數(shù)字化視頻和聲音發(fā)送接口，可以發(fā)送未壓縮的音頻及視頻信號，廣泛應用如消費類產(chǎn)品上，如機頂盒、DVD播放器、個人計算機、電視、游戲主機、綜合擴大機、數(shù)字音響與電視機等設備。HDMI 2.1標準由HDMI協(xié)會在2017年正式發(fā)布，其關鍵改進在于將視頻信號傳輸速率從HDMI 2.0的18Gbps大幅躍升至48Gbps，同時支持的分辨率CAN總線CAN總線上限由4K升級至8K。
HDMI接口作為一種熱插拔端口，其設計易受到靜電放電的損害，造成內(nèi)部芯片的損壞，尤其是在與用戶終端或帶電電纜的連接過程中。HDMI 2.1的主控芯片采用了更為先進的制程技術，但是對靜電放電（ESD）敏感度一定程度降低，需要更優(yōu)秀的抗干擾保護。普通的防護方案或許會對數(shù)據(jù)的傳輸造成一定影響，此方案采用低電容低漏電的ESD靜電防護器件 ，在不影響數(shù)據(jù)傳輸的前提下滿足HDMI兼容性測試規(guī)范(CTS)的信號完整性和阻抗要求，讓后端的電路得到有效防護。
HDMI的引腳配置
編輯
| 引腳 | 定義 | 引腳 | 定義 |
| 1 | 數(shù)據(jù)3+ (Data Lane3+) | 11 | 數(shù)據(jù)0屏蔽(Data Lane0 shield) |
| 2 | 數(shù)據(jù)3屏蔽(Data Lane3 shield) | 12 | 數(shù)據(jù)0- (Data Lane0-) |
| 3 | 數(shù)據(jù)3- (Data Lane3-) | 13 | CEC |
| 4 | 數(shù)據(jù)2+ (Data Lane2+) | 14 | 保留 |
| 5 | 數(shù)據(jù)2屏蔽(Data Lane2 shield) | 15 | DDC時鐘線(SCL) |
| 6 | 數(shù)據(jù)2- (Data Lane2-) | 16 | DDC數(shù)據(jù)線(SDA) |
| 7 | 數(shù)據(jù)1+ (Data Lane1+) | 17 | DDC/CEC地(DDC/CEC GND) |
| 8 | 數(shù)據(jù)1屏蔽 (Data Lane1 shield) | 18 | +5V電源(Power) |
| 9 | 數(shù)據(jù)1- (Data Lane1-) | 19 | 熱插拔檢測 (Hot Plus Detect) |
| 10 | 數(shù)據(jù)0+ (Data Lane0+) |
HDMI 2.0采用傳統(tǒng)的三對數(shù)據(jù)差分對（TMDS Data0, Data1, Data2）搭配一個時鐘對（TMDS Clock Pair）的結構，而HDMI 2.1則創(chuàng)新性地采用了類似DisplayPort的FRL（固定速率鏈路）技術，將4組高速差分信號都定義成Data lane（ Lane0， Lane1， Lane2， Lane3），并直接從信號中提取時鐘，這一轉(zhuǎn)變顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸效率。
HDMI的ESD防護
針對每條差分線承受的最大3.3V工作電壓，特別是在極高速數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境下，ESD防護器件的作用顯得尤為關鍵。ESD防護在瞬態(tài)事件突發(fā)時，需憑借超低線間電容來維持電路安全，同時絲毫不減損信號的純凈度與完整性。鑒于TVS與電路并聯(lián)的布局，遭遇ESD沖擊時，電路承受的電壓即等同于ESD防護器件的鉗位電壓，故確保鉗位電壓盡可能低。因此，理想的保護器件應兼具低ESD峰值鉗位電壓和低動態(tài)電阻的優(yōu)越特性，以有效限制電壓尖峰并減少能量損耗。這對HDMI在選擇ESD防護器件時需要考慮如下要求：
確保信號完整性，實現(xiàn)極高的二極管開關速度和極低的線電容
經(jīng)過若干次ESD沖擊后，防護性能不退化且泄漏保持在較低水平
PCB設計層面，對布線進行優(yōu)化，實現(xiàn)高效封裝布局
應用示例
編輯
我們?yōu)镠DMI 2.1接口提供了兩種ESD靜電防護器件，專為保護該接口的高速差分線路而設計，型號分別為SEUC2F5V1B和SEUC236T5V4U。分立器件減少了生產(chǎn)成本，集成式器件的流通式封裝設計簡化了 PCB 布局，減少布線過程中的不連續(xù)性，促進了信號完整性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升。
其中SEUC2F5V1B結電容僅有0.2pF，可對單路高速數(shù)據(jù)線進行靜電防護，可以使用八個SEUC2F5V1B來保護四個Lane通道。它的工作電壓為 5 V，最小擊穿電壓為 6V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±10kV（接觸）下提供瞬變保護。
DDC時鐘和數(shù)據(jù)通道的防護采用了集成多路ESD靜電二極管SEUC236T5V4U，可同時保護HDMI2.1的五個引腳免受靜電放電(ESD)和低等級浪涌事件的沖擊與干擾。它的工作電壓為 5 V，結電容僅有0.6pF，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±17kV（空氣）和 ±12kV（接觸）下提供瞬變保護。
型號參數(shù)
| 規(guī)格型號 | 方向 | 工作電壓(V) | IPP(A) | 鉗位電壓(V) | 結電容(pF) | 封裝 |
| SEUC2F5V1B | Bi. | 5 | 3.0 | 18 | 0.2 | DFN1006-2L |
| SEUC236T5V4U | Uni. | 5 | 4.5 | 15 | 0.6 | SOT-23-6L |
電氣特性表
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電氣特性表
| 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電氣特性表
總結與結論
由于HDMI在家庭娛樂和智能辦公中發(fā)揮著重要作用，且一直在向?qū)崿F(xiàn)更高的畫質(zhì)和更流暢的性能表現(xiàn)發(fā)展，保護HDMI接口免受ESD靜電損害極為關鍵。ELECSUPER SEMI研發(fā)各種低電容低鉗位電壓的ESD保護器件，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發(fā)服務，為各種接口提供值得信賴的保護器件。以上解決方案是保護 HDMI 2.1的優(yōu)選之策，確保消費者能夠高品質(zhì)享受視聽體驗的流暢無阻
