HDMI2.1的ESD解決方案
電子產(chǎn)品上可以采用許多傳輸視頻數(shù)據(jù)的端口，如顯示端口、CVBS、HDMI等，其中HDMI接口應(yīng)用最為廣泛。筆記本電腦、電視機(jī)和機(jī)頂盒(STB)上的HDMI接口都可以觀察到。
HDMI是被設(shè)計(jì)來取代較舊的模擬信號(hào)影音發(fā)送接口如SCART或RCA等端子的。它支持各類電視與計(jì)算機(jī)視頻格式，包括SDTV、HDTV視頻畫面，再加上多聲道數(shù)字音頻。HDMI與去掉音頻傳輸功能的UDI都繼承DVI的核心技術(shù)“傳輸最小化差分信號(hào)”TMDS，從本質(zhì)上來說仍然是DVI的擴(kuò)展。DVI、HDMI、UDI的視頻內(nèi)容都以即時(shí)、專線方式進(jìn)行傳輸，這可以保證視頻流量大時(shí)不會(huì)發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)量為24位。信號(hào)的時(shí)序與VGA極為類似。畫面是以逐行的方式被發(fā)送，并在每一行與每禎畫面發(fā)送完畢后加入一個(gè)特定的空白時(shí)間(類似模擬掃描線)，并沒有將數(shù)據(jù)“Micro-Packet Architecture(微數(shù)據(jù)包架構(gòu))”化，也不會(huì)只更新前后兩幀畫面改變的部分。每張畫面在該更新時(shí)都會(huì)被完整的重新發(fā)送。
HDMI Licensing Administrator, Inc. (HDMI LA) 發(fā)布HDMI2.12017年，HDMI2.1的Transition Minimized Differential Signaling (TMDS)傳輸速度不僅從HDMI2.0的18Gbps提升到48Gbps，HDMI支持的分辨率也從4K提升到8K。在傳輸 TMDS Pair 的方式上，HDMI2.0 由三組 TMDS 數(shù)據(jù)對(duì)(Data0、Data1、Data2)和一組 TMDS 時(shí)鐘對(duì)組成(如圖 1 所示)。HDMI2.1 采用類似于 DisplayPort 架構(gòu)的固定速率鏈路 (FRL)，將定義四組 TMDS 數(shù)據(jù)對(duì)作為數(shù)據(jù)通道(Lane0、Lane1、Lane2、Lane3)并在其中嵌入時(shí)鐘。這樣的架構(gòu)可以提升數(shù)據(jù)速率(如圖2所示)。此外，HDMI2.1的芯片工藝比HDMI2.0的芯片工藝先進(jìn)得多。ESD的耐受水平會(huì)相對(duì)降低。
HDMI2.0
TMDS 對(duì)數(shù)據(jù)-數(shù)據(jù) 2 和時(shí)鐘
一對(duì)差分對(duì)為 6Gbps(最大)。
6Gbps x 3 = 18Gbps
HDMI 2.1
TMDS Pair 嵌入時(shí)鐘(Land0-Land3)
一對(duì)差分對(duì)為 12Gbps(最大)。
12Gbps x 4 = 48Gbps
對(duì)于音頻信號(hào)，添加了 eARC 以從僅使用 Pin14 的共模 ARC 更改為使用 Pin14 和 Pin19 的差分對(duì)。數(shù)據(jù)速率也將從 1Mbit/s 提高到 37Mbit/s，以提供更好的音質(zhì)。
在電子產(chǎn)品(如機(jī)頂盒、顯示器、筆記本電腦等)的開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中，為了防止用戶端插拔時(shí)產(chǎn)生的ESD能量因HDMI故障而發(fā)生，很多品牌公司不僅會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)或接口連接器進(jìn)行空氣放電和接觸放電測(cè)試，也可以在驗(yàn)證產(chǎn)品的ESD(IEC61000-4-2)時(shí)直接將引腳直接注入HDMI端口的信號(hào)線(測(cè)試高達(dá)8kV)。這將用于模擬用戶插入或拔出電纜時(shí)的ESD現(xiàn)象，從而減少來自客戶端的場(chǎng)返回。然而，在如此嚴(yán)酷的測(cè)試條件下，芯片無法承受。因此，需要在 HDMI 端口上添加一個(gè) ESD 設(shè)備，以防止此問題并通過 ESD 測(cè)試。
對(duì)于HDMI 2.1端口的ESD，AMAZING的建議是AZ1123-04F，四通道保護(hù)器件，采用DFN2510P10E封裝。這樣的設(shè)計(jì)在PCB布線上非常方便。該組件的寄生電容為 0.2pF (Typ.)。AZ1123-04F是一個(gè)3.3V的低電容與低鉗制電壓的TVS，除此之外，因應(yīng)HDMI的EOS測(cè)試規(guī)定逐漸嚴(yán)格，AZ1123-04F高達(dá)6.5A的Peak Pulse Current可以滿足越來越嚴(yán)格的測(cè)試要求。 HDMI剩余的控制線訊號(hào)可以使用一顆AZC199-04S來保護(hù)，此保護(hù)元件特別的地方在于，Vcc有內(nèi)含Back Driver Diode在內(nèi)，因此在線路設(shè)計(jì)上可以減少一顆Back Driver Diode的使用。
AZ1123-04F 還可以承受高達(dá) 6.5A 的 IEC 61000-4-5 浪涌 (8/20ms)。對(duì)于 ESD 器件上最重要的鉗位電壓，僅從圖 3 中的 AZ1123-04F TLP IV 曲線來看，16A (ESD 8kV) 的鉗位電壓約為 10V。
對(duì)于HDMI控制線(SDL/SDA/HPD/Pin 14)的保護(hù)，推薦使用采用SOT23-6L封裝的AZC199-04S。AZC199-04S 的浪涌魯棒性高達(dá) IEC61000-4-5 的 6A(8/20ms)，其中 16A 的 ESD 鉗位電壓僅為 11V。
如果使用CEC信號(hào)線，推薦使用DFN1006P2X封裝的AZ5123-01F進(jìn)行保護(hù)。16A 的 ESD 鉗位電壓僅為 7V。隨著 ESD 能量的出現(xiàn)，系統(tǒng)可以得到更有效的保護(hù)。
AZ5123-01F.R7G是一個(gè)工作電壓3.0V 低電容1pF 雙路單向二極管ESD保護(hù)
封裝：DFN1006P2X
特點(diǎn)：
工作電壓:3.0 V
單路雙向保護(hù);
低電容(< 1 pF)高速接口;
工作電壓：3V;
低漏電流;5.5A
主要應(yīng)用：
高速線:USB3.0/2.0,VGA,DVI,SDI,
在開發(fā)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，建議在電路中設(shè)計(jì) ESD 器件以保護(hù)信號(hào)線。這樣可以避免市場(chǎng)端的維修問題。HDMI2.1的ESD解決方案如下圖所示。
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