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湖南靜芯推出DP 2.1的ESD&EOS防護(hù)完整解決方案

DP接口，全稱是DisplayPort，是一種用于數(shù)字視頻和音頻傳輸?shù)挠嬎銠C顯示接口標(biāo)準(zhǔn)。該接口由PC及芯片制造商聯(lián)盟開發(fā)，旨在取代傳統(tǒng)的VGA、DVI等接口，提供更加高效、高質(zhì)量的視頻和音頻傳輸。廣泛應(yīng)用于電腦、筆記本電腦、顯示器、電視和投影儀等數(shù)字顯示設(shè)備上。它可以傳輸高清視頻和音頻信號，適用于辦公、游戲、設(shè)計和娛樂等多種場景。DP 2.1是VESA（視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）在2022年10月正式發(fā)布的最新版DP標(biāo)準(zhǔn)。DP 2.1和DP 2.0在性能上沒有明顯區(qū)別，繼承了DP 2.0協(xié)議最大支持16K的超強分辨率和80 Gbps的原始帶寬的特性，但在接口與規(guī)范一致性、帶寬管理機制、顯示技術(shù)提升、線纜品質(zhì)與傳輸距離以及兼容性等方面相比DP2.0都有所進(jìn)步。且DP 2.1保持向下兼容，此前所有通過認(rèn)證的DP2.0產(chǎn)品都符合DP2.1規(guī)范。

由于DP接口在系統(tǒng)上是外露給使用者隨時可以插拔的接口，最普遍的應(yīng)用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個熱插拔動作卻也經(jīng)常是造成電子系統(tǒng)工作異常、甚至造成后續(xù)電路毀壞的元兇，所以在端口設(shè)計時常常考慮使用器件對接口進(jìn)行靜電保護(hù)，以確保在能穩(wěn)定可靠地工作。普通的防護(hù)方案或許會對數(shù)據(jù)的傳輸造成一定影響，隨著消費類電子產(chǎn)品需求的持續(xù)增長，對ESD保護(hù)器件性能加強的需求也越來越強烈。靜芯微系列產(chǎn)品可以充分滿足客戶的設(shè)計要求。

DP接口介紹

得益于USB-IF的支持，DP Alt模式可與USB4規(guī)范無縫銜接，因此DP 2.1接口可以有DP和USB Type-C兩種形態(tài)，本文只討論DP接口形態(tài)的防護(hù)方案。為了區(qū)別于普通的Type-C接口，DP 2.1會在接口處增加DP標(biāo)識，用戶可以更直觀識別出DP 2.1接口。DP 2.1接口雖然跟Type-C接口、雷電3接口外觀相同，但三者協(xié)議不同，功能差別很大。

DP 2.1 具有三種UHBR（超高比特率）傳輸模式,按照頻寬分為UHBR 10、UHBR 13.5、UHBR 20，如表1所示。UHBR 10每通道頻寬為10Gbps，DisplayPort與USB Type-C接口皆可以采用，而UHBR 13.5、UHBR 20只能建構(gòu)在USB Type-C的接口上，此介面除了可以將傳輸速率提高到80Gbps， USB PD供電最高還可以達(dá)到100W來實現(xiàn)快速充電。

表1 DP接口的UHBR模式

圖1 DP接口引腳配置

表2 DP接口引腳功能描述

DP 2.1接口防護(hù)選型要求

在ESD系統(tǒng)測試的嚴(yán)格要求下，除了必須滿足IEC61000-4-2的標(biāo)準(zhǔn)外，部分品牌廠商還對其產(chǎn)品的USB Type-C連接器設(shè)定了更嚴(yán)格的測試條件，即要求以Direct-Pin Injection測試方式成功通過±8kV的ESD沖擊。因此在USB Type-C接口上采用ESD保護(hù)元件，以有效避免ESD事件對數(shù)據(jù)傳輸造成干擾十分必要。

當(dāng)DP 2.1接口在選擇合適的ESD防護(hù)器件時，需要考慮以下要求：

為保障DP2.0在高速訊號傳輸過程中的完整性，選擇ESD保護(hù)元件時，應(yīng)優(yōu)先考慮寄生電容較低的產(chǎn)品，理想狀態(tài)下寄生電容應(yīng)小于0.2pF。

防護(hù)元件需具備高度的ESD耐受能力，至少應(yīng)能承受IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)下接觸模式8kV的ESD沖擊。

為確保系統(tǒng)內(nèi)部電路不受干擾或損壞，應(yīng)選擇鉗制電壓足夠低的保護(hù)元件，以有效限制ESD能量在更低的電壓水平。

DP 2.1接口整體應(yīng)用方案

方案一：

圖2 整體應(yīng)用方案一

方案二：

圖3 整體應(yīng)用方案二

LANE0，LANE1，LANE2，LANE3通道

DP 2.1擁有四條進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈P40認(rèn)證數(shù)據(jù)線可以支持最高UHBR10 10Gbps，四條通道合并即傳輸速率為40Gbps；DP80認(rèn)證數(shù)據(jù)線則支持UHBR20 20Gbps，四條通道合并傳輸速率最大為80Gbps。

方案一中我們推薦使用湖南靜芯的分立式深回掃型ESD器件SEUCS2X3V1B，可使用8個器件對DP2.1的高速數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行防護(hù)。SEUCS2X3V1B是一款保護(hù)高速數(shù)據(jù)接口的超低電容深回掃型ESD保護(hù)器件，專門設(shè)計用于保護(hù)連接到數(shù)據(jù)傳輸線的敏感電子元件免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞。根據(jù)IEC61000-4-2和IEC610000-4-5規(guī)范，SEUCS2X3V1B可用于提供高達(dá)±15kV(接觸放電)的ESD保護(hù)，可承受高達(dá)7A(8/20us)的峰值脈沖電流。SEUCS2X3V1B的工作電壓為3.3V，鉗位電壓為5.5V，具有 0.14pF 的極低電容，可確保信號完整性。

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圖4 SEUCS2X3V1B器件TLP曲線

方案二中我們推薦使用湖南靜芯的集成式深回掃型ESD器件SEUCS10F3V4B，可使用兩個SEUCS10F3V4B同時對DP 2.1的四條高速數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行防護(hù)。SEUCS10F3V4B是一款保護(hù)高速數(shù)據(jù)接口的超低電容深回掃型ESD保護(hù)器件，集成了四對超低電容控向二極管和一個TVS二極管，專門設(shè)計用于保護(hù)連接到數(shù)據(jù)傳輸線的敏感電子元件免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞。該器件工作電壓為3.3V，結(jié)電容僅為0.17pF，鉗位電壓為5V，可同時對兩對高速數(shù)據(jù)線進(jìn)行靜電防護(hù)，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在±15kV（空氣）和±15kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

AUX, HPD,電源通道

AUX是DP接口中的輔助通道，用于鏈路管理（狀態(tài)信息）和設(shè)備控制，半雙工同信，屬于低速差分信號通道，速率通常為1Mbit/s。HPD是DP接口中的熱插拔檢測引腳，熱插拔檢測的作用是當(dāng)顯示器通過DP接口與計算機主機相連或斷連時，主機能夠通過的HPD引腳檢測出這一事件并做出響應(yīng)。

附屬通道的差分信號引腳（AUC_CH(n/p)）、熱插拔檢測引腳（Hot Plug）、接頭電源引腳（DP_PWR）、電源回路引腳（DP_PWR Return）和地引腳（GND）可以采用湖南靜芯研發(fā)的深回掃型ESD靜電保護(hù)器件SEUCS236T5V4UA進(jìn)行防護(hù)，可同時保護(hù)4條信號線和1條電源線。

SEUCS236T5V4UA是湖南靜芯近期推出的4路單向深回掃型超強VCC防護(hù)靜電保護(hù)器件。SEUCS236T5V4UA共有4個IO引腳，一個超強VCC保護(hù)引腳，可同時保護(hù)四條數(shù)據(jù)信號線和一條電源信號線免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞，可適用于DP2.0/2.1等接口的信號線防護(hù)。SEUCS236T5V4UA的工作電壓為3.3V，IO-GND的鉗位電壓為5.6V，電容為0.7pF，根據(jù)IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)可承受高達(dá)14A(8/20μs)的峰值脈沖電流；VCC-GND的鉗位電壓為12.5V，電容為220pF，根據(jù)IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)可承受高達(dá)27A(8/20μs)的峰值脈沖電流。根據(jù)IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，SEUCS236T5V4UA可用于提供高達(dá)±30kV(接觸放電)，±30kV(空氣放電)的ESD保護(hù)。

圖5 SEUCS236T5V4UA的IO-GND IV曲線

圖6 SEUCS236T5V4UA的VCC-GND IV曲線

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表3 SEUCS2X3V1B電氣特性表

表4 SEUCS10F3V4B電氣特性表

表5 SEUCS236T5V4UA電氣特性表

總結(jié)與結(jié)論

DP接口作為一種高效的數(shù)字信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)，支持高分辨率、高刷新率、多屏傳輸與擴展，同時具備良好的兼容性和穩(wěn)定性。隨著科技的發(fā)展和高清顯示需求的不斷增加，DP接口在顯示設(shè)備連接領(lǐng)域越來越重要，保護(hù)其免受ESD靜電損害極為關(guān)鍵。本方案采用的元器件都為湖南靜芯研發(fā)的深回掃型器件，回掃特性ESD防護(hù)器件具有超小封裝體積、超低鉗位電壓、超低結(jié)電容特性，相比常規(guī)工藝 TVS 防護(hù)效果更優(yōu)，且不影響信號完整性，可更有效保護(hù)高速數(shù)據(jù)接口免受瞬態(tài)過電壓的影響，為相關(guān)電子產(chǎn)品設(shè)備加固防護(hù)，提升消費者使用體驗。

湖南靜芯深回掃型系列ESD器件工作電壓涵蓋1.0~38V，電流涵蓋4~30A，電容最低至0.1pF，封裝涵蓋CSP、FC及各類封裝形式。同時推出22V&33V TDS平緩浪涌抑制器，可用于保護(hù)工作電壓為20V、24V、28V、36V的系統(tǒng)，具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。結(jié)合TDS器件與深回掃ESD優(yōu)勢，湖南靜芯是國內(nèi)首家推出USB4.0完整解決方案的公司，詳情可以參考：“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防護(hù)完整解決方案100W+80G/120G”與“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防護(hù)完整解決方案140W&180W+80G/120G”等文章。

?審核編輯 黃宇