HDMI接口電路保護-靜電保護方案

2020-12-21 i沒有暴擊鴨

HDMI 簡介:

對於HDMI 1.3 ,僅有0.3PF 的超低電容靜電保護設備

高解析度多媒體接口(HDMI)是一種無壓縮的全數字音頻/視頻接口。它為視頻/音頻源設備與接收設備間提供了高速接口,如連接DVD機和數字顯示器。現在的HDMI矽片的數位訊號傳輸速度可達到10.2Gbps。電路製造商持續不斷地縮小它們的器件中的電晶體、互聯和絕緣層的最小尺寸,從而使高速器件的結構更小,最終導致器件在較低的能級也更易於因擊穿效應而損壞。

HDMI接口即是一種易受瞬間破壞的外接埠,用於連接用戶端或帶電電纜。HDMI接口的內部ESD保護不足以使圖像晶片免受破壞。為了確保該埠的性能,消費電子製造商們需要加強HDMI埠的ESD性能,即如何在滿足 HDMI兼容性測試規範(CTS)的信號完整性和阻抗要求的同時,根據全球認同的ESD標準IEC61000-4-2硬化HDMI埠。

ESD 是代表英文ElectroStatic Discharge 即"靜電放電"的意思。ESD 是本世紀中期以來形成的以研究靜電的產生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應如電流熱(火花)效應(如靜電引起的著火與爆炸)及和電磁效應(如電磁幹擾)等的學科。在高速接口電路設計中,對靜電放電的電磁場效應如電磁幹擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問題越來越重視。這種突然放電可能是由於直接接觸或靜電場的產生而引起的。儘管ESD 對人體的傷害並不多見,但對敏感電子器件卻是致命的。HDMI 圖像晶片採用幾何尺寸非常小的矽片製造,對ESD非常敏感。大多數這類圖像晶片內部均集成了ESD 保護;但是,這種措施僅能提供受控制造環境中的保護[1]。在現實世界中,用戶經常接觸像HDMI 這類接口,因此會引起ESD。

IEC61000-4-2 標準中定義了各種破壞程度。當人在地毯上行走時,累積電壓15KV 是很常見的。ESD 容易損壞甚至摧毀內部集成電路。

ESD0524P for HDMI

IEC61000-4-2 標準參考人體模型(HBM),效仿人體的各種ESD現象。IEC61000-4-2 分為四種測試程度,消費電子一般根據IEC61000-4-2 規範的第四級測試:8KV 接觸和15KV空氣。儘管ESD 脈衝持續時間短,其電壓和電流幅度足以破壞敏感的IC。該標準相關的波形如下圖:

Figure 1 ESD pulse waveform according to IEC 61000-4-2

3 . HDMI的ESD保護要求

— 非常高的二極體開關速度(納秒級)和超低線電容(<1pF)可以確保信號完整性;

— 經受若干次ESD靜電衝擊之後,ESD靜電保護性能沒有退化;

— 即使經過幾百次ESD靜電放電之後,洩漏保持為低;

— 以小的佔位面積實現最高的集成度;

— PCB 層面的RF 布線優化封裝;

— 完全符合HDMI 1.3 規範要求;

ESD0524P for HDMI:

可以直接使用於2對100歐的差分阻抗信號線 ,無論它的板式 ,層數,厚度以及電路板的材質 ,對於促進高速快效電路設計,ESD0524P 這種小型無鉛且只有0.5mm間距封裝 非常適合於流線布局 ,這種緊密間矩的封裝設計 可以幫助減小布線的不連續性及增加共模噪聲抑制 。

對於流線型高速信號線設計 和滿足信號線阻抗要求 ,ESD0524P的特殊設計 提供了ESD 的4線保護要求 ,符合IEC61000-4-2 ESD標準(±8KV CONTACT ESD 和 ±15KV Air ESD) , 同時提供卓越的鉗位電壓特性 ,減少HDMI晶片的過壓應力 ,提高HDMI 整體系統的可靠性 。

Figure 2 Flow-through layout of YINT『S ESD0524P for HDMI Applications

測試結果和建議 :

這種低電容 ,低嵌位電壓 ,和低操作電壓 ,再加上它的獨特封裝設計 ,使它成為一個卓越的HDMI應用保護裝置 ,ESD0524P』S TDR and eye pattern performance Figure 3 、Figure 4respectively, show the TDR results on 4-layer and 2-layer HDMI evaluation boards. Both results show that the TDR has met, and is well within, the HDMI CTS requirement (100 Ohm ± 15% for differential impedance).

Figure 3: ESD0524P 4-Layer HDMI TDR Result Figure 5: ESD0524P HDMI Eye Pattern Result (1.48Gbps)

Figure 4: ESD0524P 2-Layer HDMI TDR Result Figure 6: ESD0524P HDMI Eye Pattern Result(2.25Gbps)

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