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HDMI 2.0/2.1接口ESD/EOS深回扫型静电防护器件SEUCS10F3V4UB

静芯微 来源:jf_65561982 作者:jf_65561982 2024-09-21 11:33 次阅读

HDMI 2.0/2.1接口ESD/EOS深回扫型静电防护器件SEUCS10F3V4UB

一.HDMI 2.1接口概述

在众多视频传输端口中,HDMI凭借其出色的兼容性和卓越的性能,在电子产品领域的应用最为普遍,常见于笔记本电脑、高清电视及机顶盒(STB)等设备。HDMI Licensing Administrator, Inc.(HDMI LA)在2017年推出的HDMI 2.1标准,是HDMI技术的一次重大飞跃。HDMI 2.1不仅将过渡最小化差分信号(TMDS)的传输速率从HDMI 2.0的18Gbps提升至的48Gbps,还将支持的分辨率从4K提升到8K。

在信号传输机制上,HDMI 2.1摒弃了HDMI 2.0时代的三组TMDS数据对加一组时钟对的传统模式,转而采用类似DisplayPort的固定速率链路(FRL)技术。这一创新使得HDMI 2.1能够定义四组TMDS数据对(Lane0至Lane3)作为独立的数据通道,并巧妙地嵌入时钟信号,从而显著提升了数据传输的效率和稳定性。

此外,HDMI 2.1的推出还伴随着芯片制造工艺的显著提升。相较于HDMI 2.0,HDMI 2.1的芯片设计更加先进,但这也对静电放电(ESD)的耐受性提出了一定要求,因此在使用过程中需要更加注意静电防护。

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HDMI 2.0信号通道图示

HDMI 2.0接口:3对TMDS信号传输差分线Data0-Data2 和1对时钟信号线,一个差分对最大传输速率为6Gbps,3对传输线最大速率为18Gbps。

wKgZombtJIOALcSZAAAR7dEX9es754.png

HDMI 2.1信号通道图示

HDMI 2.1接口:4对TMDS信号传输差分线Lane0-Lane3,时钟信号嵌入在内,一个差分对最大传输速率为12Gbps,4对传输线最大速率为48Gbps。

为了提升音频信号的传输质量和音质,将现有的仅依赖Pin 14进行信号传输的共模ARC(音频回传通道)技术,升级为采用Pin 14与Pin 19组成的差分对进行数据传输的eARC(增强型音频回传通道)。这一升级改变了信号的传输方式,使其更加稳定和抗干扰,而且还提高了数据传输速率,从原先的1Mbit/s跃升至37Mbit/s,从而为用户带来更加清晰、细腻且高质量的音频体验。

二.HDMI 2.1遭受ESD/EOS原因

在开发设计电子产品,诸如机顶盒、显示器及笔记本电脑等过程中,为了有效抵御用户插拔操作而引发的静电放电(ESD),导致HDMI接口受损的风险,众多知名品牌公司采取了多重防护措施。这些措施严格遵循IEC61000-4-2标准, 不仅涵盖了机构件及接口连接器上的空气放电与接触放电测试,还特别强调了在HDMI端口信号线上直接注入高达8kV的ESD脉冲,在极端条件模拟用户插拔电缆时可能遭遇的ESD现象。此举旨在预先识别并减少因ESD导致的现场故障反馈,提升产品的耐用性和用户满意度。 鉴于如此严苛的测试环境下,普通芯片往往难以承受如此高强度的ESD冲击,因此,在HDMI端口接入ESD保护器件显得尤为重要。这些ESD保护器件能够有效吸收或分流ESD能量,确保HDMI接口及其连接的芯片在遭遇意外静电放电时仍能保持稳定运行,从而顺利通过严格的ESD测试,为产品的长期可靠使用提供坚实保障。

三.湖南静芯HDMI 2.1深回扫ESD介绍

湖南静芯在为手机、电脑等应用领域持续提供高性能解决方案的积淀中,推出SCR工艺回扫特性ESD防护器件,具有超小封装体积、超低钳位电压、超低结电容特性,相比常规工艺 TVS 防护效果更优,且不影响信号完整性,可更有效保护USB端口免受瞬态过电压的影响,为相关电子产品设备加固防护,提升消费者使用体验。

1、常规ESD与回扫型ESD区别

常规ESD:其电压随着IPP(峰值脉冲电流)的增加而等比例增加,呈现出一个较为线性的增长趋势。带回扫ESD:当电压达到VT1(触发电压)后,ESD器件会瞬间将两端的钳位电压拉低,进入一个介于工作电压VRWM和VT1之间的较低电压Vh。随后,随着电流的增加,电压逐渐增大,但增长速度相比常规ESD较慢。

带回扫ESD的优点:

1.低钳位电压:在相同的IPP下,带回扫ESD的VC(钳位电压)比常规ESD器件低50%以上。这种低钳位电压有助于提前释放能量,更有效地保护集成电路IC)及整个电路的安全;

2.更低ESD钳位电压:带回扫ESD具有更优异的ESD保护能力,能在过ESD事件时提供更低的钳位电压,从而提供更高级别的系统保护;

3.更低的漏电流:这类ESD器件具有更低的漏电流,有助于降低设备的功耗,实现更节能的设计;

4.更广泛的应用范围:带回扫ESD的优异性能使其适用于更广泛的领域,如低压移动电子设备、汽车电子工业控制等对ESD保护要求较高的场合。

通过对比常规ESD和带回扫ESD的特性曲线图及其优点,可以看出带回扫ESD在ESD保护方面具有更出色的性能和应用前景。

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IV曲线对比

2、湖南静芯深回扫产品介绍

湖南静芯推出集成型四路单向、超低结电容、超低钳位电压的Deep SnapBack(深回扫)ESD器件SEUCS10F3V4UB,该产品专为HDMI 2.1接口的高速差分信号线设计。SEUCS10F3V4UB以其更小的容值和更低的钳位电压,为高速数据传输提供了卓越的保护,确保了信号的完整性和设备的安全性。 SEUCS10F3V4UB为四路单向保护器件,采用DNF2510-10L封装,具备9V低触发电压和3.3V低钳位电压特性,满足20V低压浪涌(1.2/50us)的过压保护需求,适合为HDMI2.1高速差分信号线提供优异的瞬态过压保护效果。(VRWM=3.3/5.0V,VCL = 3.5V@IPP = 8.0A (8/20us) )。

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基本电性图

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TLP曲线图

wKgaombtJIeAF_L4AABfG1_PaLU142.png

I/V曲线图

wKgZombtJIiAHNMxAAE9siYT9Ks631.png

wKgaombtJIiADdxCAAFhH_C8Mj4545.png

HDMI2.1 Eye Pattern 12Gbps PASS

四、HDMI 2.1接口ESD/EOS防护方案

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ESD/EOS防护方案

1. SuperSpeed Lane0-3高速差分通道

高速差分信号线,支持高达48Gbps 的超高速视频信号传输速率。由于接口试图在传输大量内容时仍保持极高速度,因此选择合适的ESD防护器件至关重要。推荐用低结电容0.5PF,小体积DNF2510-10L方便布线,深回扫,低钳位电压SEUCS10F3V4UB做静电保护,确保信号完整性。

2. DDC时钟和数据通道

DDC时钟和数据通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U,可同时保护HDMI2.1的五个引脚免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。低结电容0.6PF ,小体积SOT-23-6L,方便布线。

防护方案中所使用ESD型号参数描述:

信号线 型号 描述 电流 钳位 电容 封装
Lane0-3 SEUCS10F3V4UB 3.3/5.0V
单向
ESD 20kV
8 3.5 0.45 DNF2510-10L
DDC
数据通道
SEUC236T5V4U 3.3/5.0V
单向
ESD 15kV
4.5 15 0.6 SOT-23-6L

湖南静芯深浅回扫型单双向系列ESD器件工作电压涵盖1.0~36V,电流涵盖4~30A,0.1pF极低电容,封装涵盖CSP、FC及各类封装形式,可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务,部分型号如下:

Part No Vr
V
Vbr
V
Vh
V
Ih
mA
Ipp
A
VC
V
Cj
pF
CNT
ESD
PKG
SEUCS2Z3V1B 3.3
5.0
7.5 2.5 12 10 7.5 0.22 15 CSP0603
SEUCS2F3V1B 3.3
5.0
7.5 2.5 20 7 6 0.15 15 DFN0603
SEUCS10F3V4UA 3.3
5.0
7.5 1.5 20 9 5.5 0.55 18 DFN2510
SEUCS10F3V4B 3.3
5.0
8.5 2.0 15 8 7 0.17 15 DFN2510
SEUC2F3V1BA 3.3
5.0
7.5 2.5 20 5 4.5 0.1 12 DFN0603
SEUCS23T5V2U 3.3
5.0
7.5 1.5 20 9 5.5 0.55 18 SOT-23
SEUCS3D3V1BHA 3.3
5.0
7.5 1.5 20 9 5.5 0.55 18 SOD-323

部分回扫型ESD器件

在设计服务方面提供片上集成抗雷击高性能ESD/TVS委托开发设计。

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