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。
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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。
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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。
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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
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I/V曲线图
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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