用于HDMI接口的ESD保護(hù)技術(shù)

作者：時(shí)間：2016-09-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://2s4d.com/article/201609/305238.htm

最新的HDMI I.3(高清晰度多媒體接口1.3)標(biāo)準(zhǔn)把以前的HDMI 1.0 - 1.2標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送速度提高了一倍，每對差動(dòng)信號線的速度達(dá)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(zhì)很好，這給電路板的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。在解決這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)可靠的靜電放電(ESD)保護(hù)時(shí)，這點(diǎn)尤其重要。在HDMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)中增加ESD保護(hù)時(shí)，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(hù)參考設(shè)計(jì)，符合3.4 GHz的HDMI 1.3規(guī)范，達(dá)到IEC 61000-4-2關(guān)于ESD保護(hù)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(shè)計(jì)人員減少風(fēng)險(xiǎn)。本文探討在HDMI 1.3系統(tǒng)中設(shè)計(jì)ESD保護(hù)的要求和容易犯的錯(cuò)誤。

概述

在高清晰度視頻系統(tǒng)中增加ESD保護(hù)，提出了許多復(fù)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(shí)間。人們在選擇ESD保護(hù)方案時(shí)，往往是根據(jù)解決這個(gè)問題的辦法實(shí)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(hù)，或者在電路板上占用的空間不能讓人最滿意。有些時(shí)候，在開始時(shí)看上去是解決ESD保護(hù)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(shí)基信號達(dá)到要求。在實(shí)現(xiàn)一個(gè)充分的靜電放電保護(hù)時(shí)，往往需要在尺寸、靜電放電保護(hù)的性能以及實(shí)現(xiàn)起來是否容易這幾方面進(jìn)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(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠的ESD保護(hù)時(shí)，問題之所以復(fù)雜的原因──運(yùn)行速度，并且討論設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在提供充分的靜電放電保護(hù)時(shí)，必須考慮到這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

HDMI的速度究竟是多少?

關(guān)于HDMI的速度，有很多說法，因而設(shè)計(jì)人員在解決靜電放電問題時(shí)很難選擇一個(gè)合適的辦法。人們往往認(rèn)為，按照最新的HDMI標(biāo)準(zhǔn)，也就是HDMI 1.3，在每秒傳送340M個(gè)像素時(shí)，數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)10.2 Gbps。這是系統(tǒng)運(yùn)行速度的精確的說法，但是它并不是講過渡時(shí)間最小的差動(dòng)信號(TMDS)的傳送速度。為了選出一個(gè)充分的ESD保護(hù)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(gè)像素時(shí)，系統(tǒng)最快會工作在10.2Gbps。關(guān)鍵是“最快會工作在”六個(gè)字。這就是說，接口的時(shí)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(gè)設(shè)備的分辨率越高，或者色彩深度越深，時(shí)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(shè)備(監(jiān)視器、液晶顯示電視機(jī)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(shí)，比起播放480i的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的每行像素?cái)?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(gè)編碼位數(shù)和它對應(yīng)，來傳送每個(gè)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(guān)，包括每秒刷新顯示屏的幀數(shù)。表2是它們的這個(gè)關(guān)系式：

HDMI 數(shù)據(jù)傳送速度 = X * Y * F * B

其中： X = 每行的像素?cái)?shù)量;Y = 每幀的行數(shù);F = 每秒的幀數(shù);B = 每個(gè)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(shí)際的HDMI數(shù)據(jù)接口由4對過渡過程最小的差動(dòng)信號線組成：3路差動(dòng)數(shù)據(jù)通道，一路是時(shí)鐘，每路是一對差動(dòng)連接線，如圖1所示。

圖1：實(shí)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(shí)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(yīng)的信號時(shí)鐘速度放在一起。

設(shè)計(jì)人員一般也會注意到，在HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)中，TMDS時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的頻色深度，即每個(gè)像素為24位時(shí)，在每對TMDS數(shù)據(jù)線上傳送的數(shù)據(jù)等于每個(gè)像素的編碼位數(shù)30 位。因此，在三路TMDS通道中，在‘系統(tǒng)’時(shí)鐘的一個(gè)周期內(nèi)，每一路必須傳送10位。所以，信號的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)速度等于‘系統(tǒng)’的TDMS時(shí)鐘速度的十倍。此外，在顏色深度較深時(shí)，信號的時(shí)鐘速度較高，以便傳送每個(gè)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(shí)鐘速度之間的關(guān)系列于表4。