HDMI接口的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為保護(hù)HDMI的高速TMDS線(xiàn)路，良好的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)避不可少。由于HDMI 1.3的速度快，而且越來(lái)越多的設(shè)備采用多個(gè)HDMI接口，所以對(duì)ESD保護(hù)方案提出了一些新要求。首選，低電容ESD保護(hù)對(duì)于高速條件下保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性非常關(guān)鍵。其次，多個(gè)HDMI端口限制了器件和布線(xiàn)的空間選擇，同時(shí)還要考慮它們相互間的影響，這要求保護(hù)器件的封裝尺寸要小。最后，價(jià)格也是一個(gè)重要的考慮因素。

為滿(mǎn)足既能有效進(jìn)行ESD保護(hù)，又不影響高速信號(hào)傳輸?shù)囊?，泰科電子旗下的瑞侃電路保護(hù)部門(mén)推出了PESD器件。該器件的電容極低、漏電流極小、ESD防護(hù)快速有效，而且價(jià)格低于低電容硅器件。因此，在高速數(shù)據(jù)傳輸條件下，PESD器件擁有更佳的保護(hù)應(yīng)用特性，已成功應(yīng)用于HDMI 1.3和USB2.0等多種高速接口電路。

為了實(shí)現(xiàn)良好的ESD保護(hù)，ESD抑制器布局布線(xiàn)也非常有講究。簡(jiǎn)單地講，應(yīng)把ESD抑制器直接放置在連接器的后面。ESD抑制器應(yīng)該是第一個(gè)遭遇ESD瞬變的板級(jí)元件。然后，在實(shí)際可行的情況下，任何需要保護(hù)的芯片均應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離ESD抑制器，以減輕IC所承受的ESD應(yīng)力。

PESD器件安裝位置的相對(duì)優(yōu)先級(jí)，按從高到低的順序排列如下：設(shè)置于作為系統(tǒng)屏蔽(機(jī)殼)中的入口的連接器的內(nèi)部；安放于電路板跡線(xiàn)與連接器插腳相互作用的位置；放置于電路板上緊挨在連接器后面的位置；位于可以高效耦合至I/O線(xiàn)路的性能穩(wěn)定且未受保護(hù)的傳輸線(xiàn)路；設(shè)置于數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路上的一個(gè)串聯(lián)阻性元件之前；位于數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路上的一個(gè)分支點(diǎn)之前；靠近IC。

另一個(gè)需要考慮的布局問(wèn)題是PESD到被保護(hù)IC的距離，以及耦合電阻的選擇。PESD到被保護(hù)IC距離應(yīng)降至最小。需要保護(hù)的IC通常自身帶有ESD保護(hù)，但這只屬于器件級(jí)的防護(hù)，且一致性較差，需要PESD器件協(xié)助/耦合到設(shè)備/系統(tǒng)級(jí)的ESD防護(hù)。隨著與傳輸線(xiàn)路之間距離的增加，ESD抑制器越發(fā)與受其保護(hù)的信號(hào)線(xiàn)“隔離”開(kāi)來(lái)。與電路板走線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的電感,以及任何的封裝寄生電感都將在保護(hù)電路中加入阻抗，成為PESD電壓抑制器和IC間的耦合阻抗。因?yàn)镮C芯片將要承受抑制器兩端和耦合阻抗兩端的電壓之和，所以理想的設(shè)計(jì)應(yīng)使PESD盡可能多承受應(yīng)力，同時(shí)保證兩級(jí)防護(hù)間沒(méi)有遺漏的“死角”。當(dāng)然，多個(gè)高頻信號(hào)通道的布線(xiàn)有其自己的要求，既要保證傳輸，又要避免相互影響。

最后，機(jī)殼(框架)的地應(yīng)是ESD基準(zhǔn)，而不是信號(hào)(數(shù)字)地，其目的是把ESD從信號(hào)環(huán)境中屏蔽出去。使ESD TVS保護(hù)器件以機(jī)殼的地為基準(zhǔn)，可免受那些不希望的噪聲效應(yīng)(如接地反跳)的影響，從而盡量保持“干凈”的信號(hào)(數(shù)據(jù))環(huán)境。

圖中展示了PESD器件對(duì)HDMI接口電路進(jìn)行保護(hù)的典型應(yīng)用圖。

HDMI接口電路中典型的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)原理圖。