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标题: HDMI 2.0静电保护方案 [打印本页]
作者: 涛意隆    时间: 2024-7-26 14:18
标题: HDMI 2.0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 2.0支持4K，带宽可达到18Gbps，支持3840×2160分辨率和50FPS、60FPS帧率。HDMI电路制造商不断致力于微缩其元器件内的晶体管、连接线路及绝缘层的极限尺寸，以此实现高速电子元件的小型化设计。虽促进了设备结构的紧凑化，却也引发了在低能量水平下，器件因击穿效应导致的损坏风险显著增加这一新问题。
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。普通的防护方案或许会对数据的传输造成一定影响，随着消费类电子产品需求的持续增长，对ESD保护器件性能加强的需求也越来越强烈。此方案采用集成四通道保护、超低容值、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
  
引脚
  
定义
引脚
定义
1
数据2+ (TMDS Data2+)
11
时钟屏蔽(TMDs Clock shield)
2
数据2屏蔽(TMDS Data2 shield)
12
时钟-(TMDS Clock-)
3
数据2-(TMDS Data2-)
13
CEC
4
数据1+ (TMDS Data1+)
14
保留
5
数据1屏蔽(TMDS Data1 shield)
15
DDC时钟线(SCL)
6
数据1-(TMDS Data1-)
16
DDC数据线(SDA)
7
数据0+ (TMDS Data0+)
17
DDC/CEC地(DDC/CEC  GND)
8
数据0屏蔽 (TMDS Data0 shield)
18
+5V电源(Power)
9
数据0-(TMDS Data0-)
19
热插拔检测 (Hot Plus Detect)
10
时钟+(TMDs Clock+)
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RF（射频）信号的布线进行优化，实现高效封装布局
应用示例
   
我们为HDMI 2.0接口提供了两种不同封装的防护器件，专为保护该接口的高速差分线路而设计，型号分别为SEUC10F5V4UB和SEUC236T5V4U。其结电容仅有0.4pF，可保护四条高速数据线。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 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。
由于一个SEUC10F5V4UB可以保护两个差分数据对，因此可以使用两个SEUC10F5V4UB 来保护三个 TMDS 通道和一个 TMDS 时钟通道，而SEUC236T5V4U可用于防护DDC时钟和数据通道。该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。
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
SEUC10F5V4UB
Uni.
5
3.0
9
0.4
DFN2510-10L
SEUC236T5V4U
Uni.
5
4.5
15
0.6
SOT-23-6L
电气特性表
At TA = 25℃ unless otherwise noted
  
Parameters
  
Symbol
conditions
Min.
Typ.
Max.
Unit
Reverse stand-off voltage
VRWM
5.0
V
Reverse Breakdown Voltage
VBR
IT= 1mA
6.0
7.5
8.5
V
Reverse Leakage Current
IR
VRWM=5V
1.0
uA
Clamping Voltage
VCL
IPP=1A; TP=8/20us
9.0
V
Clamping Voltage
VCL
IPP=4.5A; TP=8/20us
15.0
V
Junction capacitance
CJ
I/O pins to ground;
  
VR=0V; f = 1MHz
0.4
0.5
pF
Between I/O pins;
  
VR=0V; f = 1MHz
0.2
0.25
表1SEUC10F5V4UB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的重要作用，保护HDMI接口免受ESD静电损害极为关键。ELECSUPERSEMI为各型号的HDMI接口提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护 HDMI 2.0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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作者: lx15979    时间: 2024-7-26 15:11
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