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HDMI1.4靜電保護(hù)方案

音視頻接口IC ? 來(lái)源:嵌入式集成電路IC ? 作者:嵌入式集成電路 ? 2025-03-01 11:10 ? 次閱讀
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方案簡(jiǎn)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(hào),廣泛應(yīng)用如消費(fèi)類產(chǎn)品上,如機(jī)頂盒、DVD播放器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、電視、游戲主機(jī)、綜合擴(kuò)大機(jī)、數(shù)字音響與電視機(jī)等設(shè)備。HDMI 1.4支持4K,帶寬為10.2Gbps,最高可達(dá)到3840×2160分辨率和30FPS幀率。HDMI電路制造商不斷致力于微縮其元器件內(nèi)的晶體管、連接線路及絕緣層的極限尺寸,以此實(shí)現(xiàn)高速電子元件的小型化設(shè)計(jì)。雖促進(jìn)了設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊化,卻也引發(fā)了在低能量水平下,器件因擊穿效應(yīng)導(dǎo)致的損壞風(fēng)險(xiǎn)顯著增加這一新問(wèn)題。

HDMI接口作為一種熱插拔端口,其設(shè)計(jì)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(guò)程中。普通的防護(hù)方案或許會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸造成一定影響,隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求的持續(xù)增長(zhǎng),對(duì)ESD保護(hù)器件性能加強(qiáng)的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。此方案采用集成四通道保護(hù)、超低容值、低漏電的ESD靜電防護(hù)器件 ,在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯聺M足HDMI兼容性測(cè)試規(guī)范(CTS)的信號(hào)完整性和阻抗要求,讓后端的電路得到有效防護(hù)。

HDMI的引腳配置

wKgZPGe9fDeAXt-EAAA6cHLWIHI664.png

引腳 名稱 功能描述 引腳 名稱 功能描述
1 D0+ 數(shù)據(jù)2+ (TMDS Data2+) 11 SHIELD 時(shí)鐘屏蔽(TMDs Clock shield)
2 SHIELD 數(shù)據(jù)2屏蔽(TMDS Data2 shield) 12 CLK- 時(shí)鐘-(TMDS Clock-)
3 D0- 數(shù)據(jù)2-(TMDS Data2-) 13 CEC 控制信號(hào)通道
4 D1+ 數(shù)據(jù)1+ (TMDS Data1+) 14 ARC ①音頻回傳通道ARC
②網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通道HEC
5 SHIELD 數(shù)據(jù)1屏蔽(TMDS Data1 shield) 15 SCL DDC時(shí)鐘線
6 D1- 數(shù)據(jù)1-(TMDS Data1-) 16 SDA DDC數(shù)據(jù)線
7 D2+ 數(shù)據(jù)0+ (TMDS Data0+) 17 GND 地線(for DDC, CEC, ARC, and HEC)
8 SHIELD 數(shù)據(jù)0屏蔽(TMDS Data0 shield) 18 +5V +5V電源
9 D2- 數(shù)據(jù)0-(TMDS Data0-) 19 HPD 熱插拔檢測(cè)
10 CLK+ 時(shí)鐘+(TMDs Clock+)

HDMI的ESD防護(hù)

針對(duì)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(hù)器件的作用顯得尤為關(guān)鍵。ESD防護(hù)在瞬態(tài)事件突發(fā)時(shí),需憑借超低線間電容來(lái)維持電路安全,同時(shí)絲毫不減損信號(hào)的純凈度與完整性。當(dāng)防護(hù)器件與電路并聯(lián)時(shí),遭遇ESD沖擊后電路承受的電壓即等同于ESD防護(hù)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(hù)器件應(yīng)兼具低ESD峰值鉗位電壓和低動(dòng)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。因此HDMI在選擇ESD防護(hù)器件時(shí)需要考慮如下要求:

確保信號(hào)完整性,實(shí)現(xiàn)極高的二極管開(kāi)關(guān)速度和極低的線電容

經(jīng)過(guò)若干次ESD沖擊后,防護(hù)性能不退化且泄漏保持在較低水平

器件封裝尺寸小,PCB設(shè)計(jì)空間充足

PCB設(shè)計(jì)層面,對(duì)RF射頻)信號(hào)的布線進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)高效封裝布局

應(yīng)用示例

wKgZO2e9fDiAFWy1AABt_-j5Ois264.png

高速差分線D0+/D0-,D1+/D1-,D2+/D2-,時(shí)鐘引腳CLK+/CLK-

HDMI 1.4擁有三組高速差分信號(hào)線,支持高達(dá)10.8Gbps 的高速數(shù)據(jù)傳輸。由于接口試圖在傳輸大量?jī)?nèi)容時(shí)仍保持極高速度,因此選擇合適的ESD 防護(hù)器件至關(guān)重要。除高速差分信號(hào)線之外,HDMI2.0還擁有一對(duì)頻率為340MHz的時(shí)鐘差分線CLK+/CLK-,用于同步芯片內(nèi)各個(gè)模塊的操作,確保它們按照正確的時(shí)間序列執(zhí)行任務(wù)。

我們推薦使用湖南靜芯的超低電容ESD靜電保護(hù)器件SEUC10F5V4U,該器件為十引腳集成式靜電防護(hù)器件,專為保護(hù)該接口的高速差分線路而設(shè)計(jì),流通式封裝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了 PCB 布局,減少布線過(guò)程中的不連續(xù)性,促進(jìn)了信號(hào)完整性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升。將兩對(duì)差分線連接一個(gè)SEUC10F5V4U器件,將剩下的一對(duì)差分線與時(shí)鐘差分線連接另一個(gè)SEUC10F5V4U器件,可同時(shí)保護(hù)八條通道。

該器件工作電壓為 5 V,鉗位電壓為12V,結(jié)電容僅為0.6pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范,在 ±20kV(空氣)和 ±20kV(接觸)下提供瞬變保護(hù)。

CEC控制信號(hào)通道

CEC 是與其他HDMI信號(hào)分開(kāi)的電信號(hào),擁有一套完整的單總線協(xié)議,電子設(shè)備可以借著CEC信號(hào)讓使用可控制HDMI接口上所連接的裝置,實(shí)現(xiàn)由單一遙控器控制所有HDMI連接的裝置。該通道允許HDMI設(shè)備在沒(méi)有用戶干擾情況下互相命令控制,最多可以控制15個(gè)設(shè)備。

推薦使用湖南靜芯的常規(guī)電容ESD器件SENC2F5V1BA作為該通道的靜電保護(hù)器件。該器件工作電壓為 5 V,鉗位電壓為10V,結(jié)電容為10pF,可對(duì)單條線路進(jìn)行靜電防護(hù)。符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范,在 ±30kV(空氣)和 ±30kV(接觸)下提供瞬變保護(hù)。

ARC,SCL,SDA,HPD,電源通道

ARC功能是指HDMI線可直接將數(shù)字音頻輸出到功放上解碼,并在音響設(shè)備上輸出。HDMI2.0的14引腳擁有ARC功能,傳輸速度約為1Mbit/s。為了保證頻的穩(wěn)定傳輸,需要在14引腳附近連接合適的靜電保護(hù)器件。

SCL引腳和SDA引腳分別作為HDMI接口的DDC時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通道,通過(guò)這兩個(gè)引腳可讓傳送端與接收端得知彼此的傳送與接收能力,最后可放送出符合電視分辨率的影像畫(huà)面。

HPD引腳擁有熱插拔檢測(cè)功能,其作用是當(dāng)顯示器等HDMI接口的顯示設(shè)備通過(guò)HDMI/DVI接口與HDMI 源端相連或斷開(kāi)連接時(shí),HDMI源端能夠通過(guò)HDMI/DVI的HPD引腳檢測(cè)出這一事件,并做出響應(yīng)。

以上四個(gè)引腳再加上5V的電源引腳可以通過(guò)一個(gè)六引腳的集成式ESD器件進(jìn)行靜電防護(hù)。我們推薦采用湖南靜芯集成多路ESD靜電二極管SEUC236T5V4U,該器件的工作電壓為 5 V,鉗位電壓為12V,其結(jié)電容僅有 0.6pF,且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范,在 ±17kV(空氣)和 ±12kV(接觸)下提供瞬變保護(hù),可同時(shí)保護(hù)HDMI1.4的五個(gè)引腳免受靜電放電(ESD)和低等級(jí)浪涌事件的沖擊與干擾。

型號(hào)參數(shù)

規(guī)格型號(hào) 方向 工作電壓(V) IPP(A) 鉗位電壓(V) 結(jié)電容(pF) 封裝
SEUC10F5V4U Uni. 5 4.5 15 0.6 DFN2510-10L
SENC2F5V1BA Bi. 5 6 10 10 DFN1006-2L
SEUC236T5V4U Uni. 5 4.5 15 0.6 SOT-23-6L

電氣特性表

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 V
Reverse Leakage Current IR VRWM=5V 1.0 uA
Peak Pulse Current IPP TP=8/20us@25℃ 4.5 A
Clamping Voltage VCL IPP=1A; TP=8/20us 9.0 11.0 V
Clamping Voltage VCL IPP=4.5A; TP=8/20us 12.0 15.0 V
Junction capacitance CJ I/O pins to ground;
VR=0V; f = 1MHz
0.6 pF
Between I/O pins;
VR=0V; f = 1MHz
0.3

表1 SEUC10F5V4U電氣特性表

Parameters Symbol conditions Min. Typ. Max. Unit
Reverse Stand-off Voltage VRWM 5.0 V
Reverse Breakdown Voltage VBR IT=1mA 5.6 V
Reverse Leakage Current IR VRWM=5V 1.0 uA
Clamping Voltage VC IPP=1A; tp=8/20us 8.0 10.0 V
Clamping Voltage VC IPP=6A; tp=8/20us 10.0 12.0 V
Junction Capacitance CJ I/O to GND; VR=0V; f=1MHz 10 15 pF

表2 SENC2F5V1BA電氣特性表

Parameters Symbol conditions Min. Typ. Max. Unit
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3 SEUC236T5V4U電氣特性表

總結(jié)與結(jié)論

由于HDMI在家庭娛樂(lè)和智能辦公中的重要作用,保護(hù)HDMI接口免受ESD靜電損害極為關(guān)鍵。ELECSUPER SEMI為各型號(hào)的HDMI接口提供值得信賴的保護(hù)器件。以上解決方案是保護(hù) HDMI 1.4 接口的優(yōu)選之策,確保消費(fèi)者能夠高品質(zhì)享受視聽(tīng)體驗(yàn)的流暢無(wú)阻。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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