用于HDMI接口的ESD保護技術(shù)

在HDMI 系統(tǒng)中增加ESD保護時，要考慮到增大了的電容和電感對高速TMDS數(shù)據(jù)線上所用器件的時基信號的影響。當(dāng)各對TMDS數(shù)據(jù)線工作在3.4 GHz時，在連接線上增加一點點阻抗都會引起信號產(chǎn)生畸變，結(jié)果是：

.更難滿足眼圖中對上升時間和電平的要求

.對電路板設(shè)計的約c增多

.系統(tǒng)的性能較差

為了減少時基信號對這些高速線路的影響，關(guān)于ESD保護器件，在技術(shù)上有關(guān)鍵性的四點要考慮到：

電容小

插入損失小

頻率變化時電容保持穩(wěn)定

做好電路板的設(shè)計，能在3.4 GHz運作，并有余量

1. 電容小

HDMI的時基信號的性能一般是通過眼圖來測定的──眼圖是分析時基信號的工具，它能夠精確地顯示時基信號和電平的誤差。在眼圖中間的灰色地帶代表HDMI 1.3規(guī)范的要求。隨著眼圖中的線條接近灰色地帶，允許的誤差余量就越小。利用眼晴的寬度可以很好地測定數(shù)據(jù)線的時基穩(wěn)定程度，而且可以看到是否存在誤差。眼晴的高度表示信號的電平，或者振幅。

由于?HDMI的各對TMDS連接線路上的信號是差動的，很重要的一點是減少兩條線之間的電容和信號對地的電容，從而保證信號的上升時間和下降時間在規(guī)定的范圍之內(nèi)。最好是，電容要盡量小，這樣給設(shè)計人員留下的余地就更大。

泰科電子的PESD的電容是0.25 pF，工作在3.4 GHz時的眼圖如圖2所示。

圖2：泰科電子的PESD的電容是0.25 pF，圖中是它工作在3.4 GHz時的眼圖。

在這個眼圖中我們看到，當(dāng)工作HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3.4 GHz時，上升時間、下降時間和信號電平之間有一定余量。當(dāng)工作較低的速度時，眼圖“干”得多，余量增大，可以放寬設(shè)計的約c。

圖3：硅半導(dǎo)體ESD保護器在2.25 GHz時的眼圖。

如圖3所示，硅半導(dǎo)體ESD保護器件的電容大很多。雖然在2.25 GHz或者在1.48 GHz時，它的眼圖符合1080p的36位和24位顏色深度的要求，但是，即使是在這樣的速度下，它們不符合HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)的要求。這樣在設(shè)計電路板時會受到約c。

2. 插入損失小

插入損失很重要，它衡量信號隨著頻率而產(chǎn)生的衰減。插入損失越大，器件和系統(tǒng)的頻帶就越窄，為了滿足對眼圖的要求，在設(shè)計方面，受到的限制就會增多。

圖4：泰科電子的PESD保護器件(電容為0.25 pF)與電容為0.7 pF的半導(dǎo)體ESD保護器件的插入損失。

在圖4中比較了泰科電子的PESD器件和普通的0.7 pF硅半導(dǎo)體ESD保護器件的插入損失。即使在頻率為3.4 GHz──HDMI 1.3規(guī)定的最高速度時，泰科電子的PESD器件的插入損失也微乎其微。普通的0.7 pF硅半導(dǎo)體保護器件在2.25 GHz(顏色深度為36位的1080p格式的速度)時，明顯地看到曲線下降，對HDMI TMDS信號電平的影響超過3 dB。在3.4 GHz全速時，分辨率更高、顏色深度深度，這時，用硅半導(dǎo)體進行ESD保護引起的信號衰減超過了6 dB，而信號電平則下降了超過一半。

3. 頻率變化時電容保持穩(wěn)定

ESD保護器件的電容隨頻率的變化也會影響HDMI接口的性能，也會對設(shè)計帶來限制。在高速系統(tǒng)中，針對一定電容進行的電路設(shè)計，它的性能與所用的ESD保護技術(shù)有關(guān)。在制定HDMI電路保護方案時，這往往會迫使設(shè)計人員去使用復(fù)雜的SPICE模型和模擬的方法。

如果5所示，在頻率變化時，直到3GHz，泰科電子的PESD器件的電容是穩(wěn)定的。它的性能和電容量為0.25 pF(典型值)的電容器很相似，可以大量地簡化設(shè)計。由于HDMI TMDS線路在頻率改變時的變化取決于數(shù)據(jù)的型式，視頻信號源的分辨率和顏色深度，設(shè)計人員如果知道ESD保護器件在頻率變化很寬的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，那么在進行設(shè)計時可以更加靈活，也有更多的空間。

圖5：泰科電子的PESD器件的電容與頻率(頻率最高為3 GHz)的關(guān)系。

要考慮到電容在頻率變化范圍很寬時的穩(wěn)定程度，而不是在一個頻率或者狹窄的頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)定程度，這點很重要。例如，硅半導(dǎo)體ESD保護器件通常是測量頻率為1 MHz時的電容量，沒有給出其他頻率的電容量。因此，需要建立復(fù)雜的模型，確保在HDMI的廣闊頻率范圍內(nèi)運作時的性能達到要求。

4. 做好電路板的設(shè)計，能在3.4 GHz運作，并有余量

HDMI設(shè)備設(shè)計人員面臨的挑戰(zhàn)和開發(fā)消費電子設(shè)備時所面臨的挑戰(zhàn)是一樣的──上市時間。在設(shè)計高頻系統(tǒng)時，對于減輕風(fēng)險、降低制作成本、縮短重新制作所需的時間，參考設(shè)計起著關(guān)鍵性的作用。對于在HDMI設(shè)計中增加ESD保護，也不例外。

泰科電子針對HDMI 1.3、用無源元件設(shè)計的ESD和過電流保護參考設(shè)計在產(chǎn)業(yè)界中是第一個，現(xiàn)在向市場提供。這個參考設(shè)計能夠幫助設(shè)計人員把時間和資源用在研制重要的、有特色的功能上，不必考慮增加ESD保護措施后是否會影響HDMI的性能。

參考設(shè)計已經(jīng)經(jīng)過測試，在最高頻率──?3.4 GHz，它們符合HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)的要求，并有富裕。有了這樣的參考設(shè)計，而且它在3.4 GHz符合HDMI規(guī)范的要求，這不僅對于制造下一代計算機監(jiān)視器、視頻卡和視頻顯示屏的設(shè)計人員是很重要;3.4 GHz設(shè)計還有很大的余量，可以放寬設(shè)計中的限制，往往還能夠降低速度較低的HDMI 1.3設(shè)計的電路板成本。