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 1.4支持4K，帶寬為10.2Gbps，最高可達到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，以此實現(xiàn)高速電子元件的小型化設計。雖促進了設備結構的緊湊化，卻也引發(fā)了在低能量水平下，器件因擊穿效應導致的損壞風險顯著增加這一新問題。

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。普通的防護方案或許會對數(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保護器件性能加強的需求也越來越強烈。此方案采用集成四通道保護、超低容值、低漏電的ESD靜電防護器件 ，在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯聺M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

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。當防護器件與電路并聯(lián)時，遭遇ESD沖擊后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。因此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

器件封裝尺寸小，PCB設計空間充足

PCB設計層面，對RF（射頻）信號的布線進行優(yōu)化，實現(xiàn)高效封裝布局

應用示例

高速差分線D0+/D0-,D1+/D1-,D2+/D2-,時鐘引腳CLK+/CLK-

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

我們推薦使用湖南靜芯的超低電容ESD靜電保護器件SEUC10F5V4U，該器件為十引腳集成式靜電防護器件，專為保護該接口的高速差分線路而設計，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。將兩對差分線連接一個SEUC10F5V4U器件，將剩下的一對差分線與時鐘差分線連接另一個SEUC10F5V4U器件，可同時保護八條通道。

該器件工作電壓為 5 V，鉗位電壓為12V，結電容僅為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。

CEC控制信號通道

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

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器件。該器件工作電壓為 5 V，鉗位電壓為10V，結電容為10pF，可對單條線路進行靜電防護。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。

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器件。

SCL引腳和SDA引腳分別作為HDMI接口的DDC時鐘和數(shù)據(jù)通道，通過這兩個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面。

HPD引腳擁有熱插拔檢測功能，其作用是當顯示器等HDMI接口的顯示設備通過HDMI/DVI接口與HDMI 源端相連或斷開連接時，HDMI源端能夠通過HDMI/DVI的HPD引腳檢測出這一事件，并做出響應。

以上四個引腳再加上5V的電源引腳可以通過一個六引腳的集成式ESD器件進行靜電防護。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，可同時保護HDMI1.4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。

型號參數(shù)

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表1 SEUC10F5V4U電氣特性表

表2 SENC2F5V1BA電氣特性表

表3 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的重要作用，保護HDMI接口免受ESD靜電損害極為關鍵。ELECSUPER SEMI為各型號的HDMI接口提供值得信賴的保護器件。以上解決方案是保護 HDMI 1.4 接口的優(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。