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 1.4引腳配置

圖1 HDMI 1.4引腳配置

表1 HDMI 1.4引腳配置

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：

1. 確保信號(hào)完整性，實(shí)現(xiàn)極高的二極管開關(guān)速度和極低的線電容
2. 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
3. 器件封裝尺寸小，PCB設(shè)計(jì)空間充足
4. 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

圖2 HDMI 1.4應(yīng)用示例

1.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)。

2.CEC控制信號(hào)通道

CEC是與其他HDMI信號(hào)分開的電信號(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15pF，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)。

3.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。

表2 HDMI 1.4可用物料匯總

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)享受視聽體驗(yàn)的流暢無(wú)阻。

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表3 SEUC10F5V4U電氣特性表

表4 SENC2F5V1BA電氣特性表

表5 SEUC236T5V4U電氣特性表