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HDMI接口的ESD保护设计要点

发布时间:2011-12-20 来源:泰科电子

中心议题:

  • HDMI接口的ESD保护设计

解决方案:

  • ESD抑制器的布局布线设计
  • PESD器件安装位置的相对优先级
  • PESD到被保护IC的距离及耦合电阻的选择
  • 以机壳的地为ESD基准


为保护HDMI的高速TMDS线路,良好的ESD保护设计必不可少。由于HDMI 1.3的速度快,而且越来越多的设备采用多个HDMI接口,所以对ESD保护方案提出了一些新要求。首先,低电容ESD保护对于高速条件下保持数据的完整性非常关键。其次,多个HDMI端口限制了器件和布线的空间选择,同时还要考虑它们相互间的影响,这要求保护器件的封装尺寸要小。最后,价格也是一个重要的考虑因素。

为满足既能有效进行ESD保护,又不影响高速信号传输的要求,泰科电子旗下的瑞侃电路保护部门推出了PESD器件。该器件的电容极低、漏电流极小、ESD防护快速有效,而且价格低于低电容硅器件。因此,在高速数据传输条件下,PESD器件拥有更佳的保护应用特性,已成功应用于HDMI 1.3和USB2.0等多种高速接口电路。

ESD抑制器的布局布线

为了实现良好的ESD保护,ESD抑制器布局布线也非常有讲究。简单地讲,应把ESD抑制器直接放置在连接器的后面。ESD抑制器应该是第一个遭遇ESD瞬变的板级元件。然后,在实际可行的情况下,任何需要保护的芯片均应尽可能地远离ESD抑制器,以减轻IC所承受的ESD应力。

PESD器件安装位置的相对优先级

PESD器件安装位置的相对优先级,按从高到低的顺序排列如下:设置于作为系统屏蔽(机壳)中的入口的连接器的内部;安放于电路板迹线与连接器插脚相互作用的位置;放置于电路板上紧挨在连接器后面的位置;位于可以高效耦合至I/O线路的性能稳定且未受保护的传输线路;设置于数据传输线路上的一个串联阻性元件之前;位于数据传输线路上的一个分支点之前;靠近IC。

PESD到被保护IC的距离及耦合电阻的选择

另一个需要考虑的布局问题是PESD到被保护IC的距离,以及耦合电阻的选择。PESD到被保护IC距离应降至最小。需要保护的IC通常自身带有ESD保护,但这只属于器件级的防护,且一致性较差,需要PESD器件协助/耦合到设备/系统级的ESD防护。随着与传输线路之间距离的增加,ESD抑制器越发与受其保护的信号线“隔离”开来。与电路板走线相关联的电感,以及任何的封装寄生电感都将在保护电路中加入阻抗,成为PESD电压抑制器和IC间的耦合阻抗。因为IC芯片将要承受抑制器两端和耦合阻抗两端的电压之和,所以理想的设计应使PESD尽可能多承受应力,同时保证两级防护间没有遗漏的“死角”。当然,多个高频信号通道的布线有其自己的要求,既要保证传输,又要避免相互影响。

以机壳的地为ESD基准

最后,机壳(框架)的地应是ESD基准,而不是信号(数字)地,其目的是把ESD从信号环境中屏蔽出去。使ESD TVS保护器件以机壳的地为基准,可免受那些不希望的噪声效应(如接地反跳)的影响,从而尽量保持“干净”的信号(数据)环境。

图中展示了PESD器件对HDMI接口电路进行保护的典型应用图。


HDMI接口电路中典型的ESD保护设计原理图。

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