用于HDMI接口的ESD保護技術

用于HDMI接口的ESD保護技術

最新的HDMI I.3(高清晰度多媒體接口1.3)標準把以前的HDMI 1.0 - 1.2標準所規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送速度提高了一倍，每對差動信號線的速度達到3.4 Gbps。由于數(shù)據(jù)傳送速度這么高，要求電路板的電容小，確保信號的素質很好，這給電路板的設計帶來了新的挑戰(zhàn)。在解決這個問題，實現(xiàn)可靠的靜電放電(ESD)保護時，這點尤其重要。在HDMI系統(tǒng)設計中增加ESD保護時，如果選用合適的辦法，就可以把問題簡化。泰科電子的ESD和過電流保護參考設計，符合3.4 GHz的HDMI 1.3規(guī)范，達到IEC 61000-4-2關于ESD保護的要求，并且可以優(yōu)化電路板的空間，所有這些可以幫助設計人員減少風險。本文探討在HDMI 1.3系統(tǒng)中設計ESD保護的要求和容易犯的錯誤。

概述

在高清晰度視頻系統(tǒng)中增加ESD保護，提出了許多復雜而且令人為難的問題，這會增加成本，會延長產(chǎn)品上市的時間。人們在選擇ESD保護方案時，往往是根據(jù)解決這個問題的辦法實現(xiàn)起來是否容易。不過，最簡單的辦法也許不可能提供充分的ESD保護，或者在電路板上占用的空間不能讓人最滿意。有些時候，在開始時看上去是解決ESD保護問題的最好辦法，到了后來，會發(fā)現(xiàn)需要使用多種電路板材來保證時基信號達到要求。在實現(xiàn)一個充分的靜電放電保護時，往往需要在尺寸、靜電放電保護的性能以及實現(xiàn)起來是否容易這幾方面進行折衷。一直到現(xiàn)在仍然是這樣。

本文的目的是討論針對HDMI 1.3系統(tǒng)實現(xiàn)一個可靠的ESD保護時，問題之所以復雜的原因──運行速度，并且討論設計標準，在提供充分的靜電放電保護時，必須考慮到這些設計標準。

HDMI的速度究竟是多少?

關于HDMI的速度，有很多說法，因而設計人員在解決靜電放電問題時很難選擇一個合適的辦法。人們往往認為，按照最新的HDMI標準，也就是HDMI 1.3，在每秒傳送340M個像素時，數(shù)據(jù)傳送速率高達10.2 Gbps。這是系統(tǒng)運行速度的精確的說法，但是它并不是講過渡時間最小的差動信號(TMDS)的傳送速度。為了選出一個充分的ESD保護辦法，也一定要考慮到TMDS速度。

在前面講過，根據(jù)HDMI 1.3規(guī)范，在每秒傳送340 M個像素時，系統(tǒng)最快會工作在10.2Gbps。關鍵是“最快會工作在”六個字。這就是說，接口的時鐘速度會改變，這決定于連接在它上面的發(fā)送器和接收器工作在視頻的能力。因此，連接到接口上的兩個設備的分辨率越高，或者色彩深度越深，時鐘就越快。HDMI只需要快到能夠傳送所需數(shù)量的像素給顯示設備(監(jiān)視器、液晶顯示電視機等等)就可以了。例如，如果高清晰度數(shù)字視盤(DVD)播放器和液晶顯示(LCD)監(jiān)視器在播放1080P格式的高清晰度視頻節(jié)目、顏色深度為48位時，比起播放480i的標準清晰度DVD節(jié)目，需要處理的信息就更多。

表1是各種分辨率和相應的每行像素數(shù)量及每幀行數(shù)。對于表1中列出的每種顏色深度，都有一個編碼位數(shù)和它對應，來傳送每個像素的顏色。需要從HDMI發(fā)送器傳送到HDMI接收器的數(shù)據(jù)數(shù)量與這些變量有關，包括每秒刷新顯示屏的幀數(shù)。表2是它們的這個關系式：

HDMI 數(shù)據(jù)傳送速度 = X * Y * F * B

其中： X = 每行的像素數(shù)量;Y = 每幀的行數(shù);F = 每秒的幀數(shù);B = 每個像素的編碼位數(shù)。

表1：不同版本的HDMI支持的分辨率和顏色深度。

表2：HDMI發(fā)送器把數(shù)據(jù)傳送給HDMI接收器的速度。

實際的HDMI數(shù)據(jù)接口由4對過渡過程最小的差動信號線組成：3路差動數(shù)據(jù)通道，一路是時鐘，每路是一對差動連接線，如圖1所示。

圖1：實際的HDMI數(shù)據(jù)接口。

如圖1所示，三對TMDS數(shù)據(jù)線的頻帶要寬到能夠傳送和接收的數(shù)據(jù)速度最高為10.2 Gbps。因此，這三對TMDS數(shù)據(jù)線一定要能夠以10.2 Gbps/ 3 × 3.4 Gbps(或者GHz)的速度傳送信號。

為了說明每對實際的TMDS線的數(shù)據(jù)傳送速度，在表3中把表2中的信息和每一對TMDS數(shù)據(jù)線的速度以及對應的信號時鐘速度放在一起。

設計人員一般也會注意到，在HDMI 1.3標準中，TMDS時鐘的速度是340 MHz，比傳送數(shù)據(jù)或者傳送信號的速度低很多。對于標準的頻色深度，即每個像素為24位時，在每對TMDS數(shù)據(jù)線上傳送的數(shù)據(jù)等于每個像素的編碼位數(shù)30 位。因此，在三路TMDS通道中，在‘系統(tǒng)’時鐘的一個周期內(nèi)，每一路必須傳送10位。所以，信號的時鐘和數(shù)據(jù)速度等于‘系統(tǒng)’的TDMS時鐘速度的十倍。此外，在顏色深度較深時，信號的時鐘速度較高，以便傳送每個像素的更多編碼位數(shù)。連接線的數(shù)據(jù)傳送速度、TDMS信號的速度，以及‘系統(tǒng)’的TDMS 時鐘速度之間的關系列于表4。

表3：TDMS傳送信號的速度與時鐘的速度。

表4： TMDS傳送信號的速度和‘系統(tǒng)’的TMDS時鐘速度。

在這里作一個小結：HDMI運行的速度取決于發(fā)送器和接收器的能力，以及信號源的分辨率和顏色深度。每對TDMS數(shù)據(jù)線的速度最高是3.4 GHz。

在HDMI系統(tǒng)中增加ESD保護時在時基信號/性能方面的考慮