HDMI的高速TMDS線路的ESD保護設(shè)計要點

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

為滿足既能有效進行ESD保護，又不影響高速信號傳輸?shù)囊?，泰科電子旗下的瑞侃電路保護部門推出了PESD器件。該器件的電容極低、漏電流極小、ESD防護快速有效，而且價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。

為了實現(xiàn)良好的ESD保護，ESD抑制器布局布線也非常有講究。簡單地講，應(yīng)把ESD抑制器直接放置在連接器的后面。ESD抑制器應(yīng)該是第一個遭遇ESD瞬變的板級元件。然后，在實際可行的情況下，任何需要保護的芯片均應(yīng)盡可能地遠離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優(yōu)先級，按從高到低的順序排列如下：設(shè)置于作為系統(tǒng)屏蔽(機殼)中的入口的連接器的內(nèi)部；安放于電路板跡線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線路的性能穩(wěn)定且未受保護的傳輸線路；設(shè)置于數(shù)據(jù)傳輸線路上的一個串聯(lián)阻性元件之前；位于數(shù)據(jù)傳輸線路上的一個分支點之前；靠近IC。

另一個需要考慮的布局問題是PESD到被保護IC的距離，以及耦合電阻的選擇。PESD到被保護IC距離應(yīng)降至最小。需要保護的IC通常自身帶有ESD保護，但這只屬于器件級的防護，且一致性較差，需要PESD器件協(xié)助/耦合到設(shè)備/系統(tǒng)級的ESD防護。隨著與傳輸線路之間距離的增加，ESD抑制器越發(fā)與受其保護的信號線“隔離”開來。與電路板走線相關(guān)聯(lián)的電感,以及任何的封裝寄生電感都將在保護電路中加入阻抗，成為PESD電壓抑制器和IC間的耦合阻抗。因為IC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)計應(yīng)使PESD盡可能多承受應(yīng)力，同時保證兩級防護間沒有遺漏的“死角”。當(dāng)然，多個高頻信號通道的布線有其自己的要求，既要保證傳輸，又要避免相互影響。

最后，機殼(框架)的地應(yīng)是ESD基準(zhǔn)，而不是信號(數(shù)字)地，其目的是把ESD從信號環(huán)境中屏蔽出去。使ESD TVS保護器件以機殼的地為基準(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(數(shù)據(jù))環(huán)境。

圖中展示了PESD器件對HDMI接口電路進行保護的典型應(yīng)用圖。

HDMI接口電路中典型的ESD保護設(shè)計原理圖