HDMI2.1的ESD解决方案

[导读]电子产品上可以采用许多传输视频数据的端口，如显示端口、CVBS、HDMI等，其中HDMI接口应用最为广泛。笔记本电脑、电视机和机顶盒(STB)上的HDMI接口都可以观察到。

电子产品上可以采用许多传输视频数据的端口，如显示端口、CVBS、HDMI等，其中HDMI接口应用最为广泛。笔记本电脑、电视机和机顶盒(STB)上的HDMI接口都可以观察到。

HDMI是被设计来取代较旧的模拟信号影音发送接口如SCART或RCA等端子的。它支持各类电视与计算机视频格式，包括SDTV、HDTV视频画面，再加上多声道数字音频。HDMI与去掉音频传输功能的UDI都继承DVI的核心技术“传输最小化差分信号”TMDS，从本质上来说仍然是DVI的扩展。DVI、HDMI、UDI的视频内容都以即时、专线方式进行传输，这可以保证视频流量大时不会发生堵塞的现象。每个像素数据量为24位。信号的时序与VGA极为类似。画面是以逐行的方式被发送，并在每一行与每祯画面发送完毕后加入一个特定的空白时间(类似模拟扫描线)，并没有将数据“Micro-Packet Architecture(微数据包架构)”化，也不会只更新前后两帧画面改变的部分。每张画面在该更新时都会被完整的重新发送。

HDMI Licensing Administrator, Inc. (HDMI LA) 发布HDMI2.12017年，HDMI2.1的Transition Minimized Differential Signaling (TMDS)传输速度不仅从HDMI2.0的18Gbps提升到48Gbps，HDMI支持的分辨率也从4K提升到8K。在传输 TMDS Pair 的方式上，HDMI2.0 由三组 TMDS 数据对(Data0、Data1、Data2)和一组 TMDS 时钟对组成(如图 1 所示)。HDMI2.1 采用类似于 DisplayPort 架构的固定速率链路 (FRL)，将定义四组 TMDS 数据对作为数据通道(Lane0、Lane1、Lane2、Lane3)并在其中嵌入时钟。这样的架构可以提升数据速率(如图2所示)。此外，HDMI2.1的芯片工艺比HDMI2.0的芯片工艺先进得多。ESD的耐受水平会相对降低。

HDMI2.0

TMDS 对数据-数据 2 和时钟

一对差分对为 6Gbps(最大)。

6Gbps x 3 = 18Gbps

HDMI 2.1

TMDS Pair 嵌入时钟(Land0-Land3)

一对差分对为 12Gbps(最大)。

12Gbps x 4 = 48Gbps

对于音频信号，添加了 eARC 以从仅使用 Pin14 的共模 ARC 更改为使用 Pin14 和 Pin19 的差分对。数据速率也将从 1Mbit/s 提高到 37Mbit/s，以提供更好的音质。

在电子产品(如机顶盒、显示器、笔记本电脑等)的开发和设计过程中，为了防止用户端插拔时产生的ESD能量因HDMI故障而发生，很多品牌公司不仅会对机构或接口连接器进行空气放电和接触放电测试，也可以在验证产品的ESD(IEC61000-4-2)时直接将引脚直接注入HDMI端口的信号线(测试高达8kV)。这将用于模拟用户插入或拔出电缆时的ESD现象，从而减少来自客户端的场返回。然而，在如此严酷的测试条件下，芯片无法承受。因此，需要在 HDMI 端口上添加一个 ESD 设备，以防止此问题并通过 ESD 测试。

对于HDMI 2.1端口的ESD，AMAZING的建议是AZ1123-04F，四通道保护器件，采用DFN2510P10E封装。这样的设计在PCB布线上非常方便。该组件的寄生电容为 0.2pF (Typ.)。AZ1123-04F是一个3.3V的低电容与低钳制电压的TVS，除此之外，因应HDMI的EOS测试规定逐渐严格，AZ1123-04F高达6.5A的Peak Pulse Current可以满足越来越严格的测试要求。 HDMI剩余的控制线讯号可以使用一颗AZC199-04S来保护，此保护元件特别的地方在于，Vcc有内含Back Driver Diode在内，因此在线路设计上可以减少一颗Back Driver Diode的使用。

AZ1123-04F 还可以承受高达 6.5A 的 IEC 61000-4-5 浪涌 (8/20ms)。对于 ESD 器件上最重要的钳位电压，仅从图 3 中的 AZ1123-04F TLP IV 曲线来看，16A (ESD 8kV) 的钳位电压约为 10V。

对于HDMI控制线(SDL/SDA/HPD/Pin 14)的保护，推荐使用采用SOT23-6L封装的AZC199-04S。AZC199-04S 的浪涌鲁棒性高达 IEC61000-4-5 的 6A(8/20ms)，其中 16A 的 ESD 钳位电压仅为 11V。

如果使用CEC信号线，推荐使用DFN1006P2X封装的AZ5123-01F进行保护。16A 的 ESD 钳位电压仅为 7V。随着 ESD 能量的出现，系统可以得到更有效的保护。

AZ5123-01F.R7G是一个工作电压3.0V 低电容1pF 双路单向二极管ESD保护

封装：DFN1006P2X

特点：

工作电压:3.0 V

单路双向保护;

低电容(< 1 pF)高速接口;

工作电压：3V;

低漏电流;5.5A

主要应用：