Multi-Media接口的ESD防护方案

描述

引言:Multi-Media信号(多媒体信号)接口包括HDMI、DP、LVDS,SerDes等,HDMI、LVDS和DP主要用于消费电子,诸如PC、TV投影仪等,SerDes则用于车载多媒体板级远端连接。

1.HDMI

HDMI发射器具有10mA的切换电流源,单端匹配电阻为50Ω,因此单端标称电压摆幅VSE=10mA×50Ω=500mV,差分标称电压摆幅为1000mV,是单端数据线路的两倍。HDMI连接器需要对所有12条数据线进行ESD保护:八条低压高速TMDS线和四条5V控制线。对于HDMI
2.0,TMDS线路的速度可以达到每通道6Gbps(整个连接器为18Gbps),因此最小化电容至关重要。

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表7-1:HDMI的版本速率信息

分立型保护

为特定的HDMI保护提供解决方案,例如在其他地方已经实现电平转换的应用场景,可以使用两个PHDMI2F4和一个PUSB2X4Y来实现专用保护。一些系统需要增强的滤波或噪声去除,有的器件提供内置ESD保护的共模滤波器,使用两个单独的PCMF2DFN2设备,可以保护HDMI
TMDS通道免受共模噪声和ESD的影响。

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图7-1:HDMI接口的分立ESD保护结构

如图7-1所示,对于8条TMDS线路,建议使用两个具有超低电容的4通道ESD设备,以尽量减少电路板布局并保持信号完整性。使用一个5V耐受的4通道设备来保护低速控制线路,此处可替换一个5V耐受的6通道设备,以保护5V电源线,(TPD4E02B04×2+TPD4E05U06)CEC和SCL、SDA、5V也可以使用独立保护器件。对于HDMI,推荐
表7-2 :

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表7-2:HDMI的ESD/TVS diode选型参数参考

集成型保护

高集成度HDMI配套IC提供保护、电平偏移、LDO、缓冲等功能,单个设备基本上提供了HDMI的所有接口需求,包括HDMI发射机(IP4787CZ32)和HDMI接收机(IP4786CZ32)的专用解决方案。图7-2和图7-3显示了这些设备及其基本连接,除了一个小电容器外,不需要其他外部设备。

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图7-2:带电平偏移的HDMI单设备ESD保护,用于接收器的IP4787CZ32

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图7-3:带电平偏移的HDMI单设备ESD保护,用于发射器的IP4786CZ32

2.DP(DisplayPort)

使用DisplayPort,主链路可以有一个、两个或四个差分数据对或通道,每条链路的原始比特率为每条通道1.62、2.7或5.4Gbit/s,自时钟运行在162、270或540MHz。使用8b/10b编码,每个通道的有效数据速率最高可达4.32Gbit/s。DisplayPort保护可以在高速差分通道和速度慢得多的AUX通道之间划分,图7-4显示了使用PUSB3F96保护的高速线路和带PUSB2X4Y保护的低速线路,PUSB3F96具有超低电容、出色的Cd匹配和贯穿布线封装布局,是在DisplayPort的高速差分线路上实现ESD保护的良好选择(AUX、HOT热插拔和Power也可以使用独立的保护器件)。

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图7-4:DP接口的分立ESD保护结构

对于DP,推荐 表7-3 :

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表7-3:DP的ESD/TVS diode选型参数参考

3.LVDS(低压差分信号)

LVDS:即低电压差分信号,ANSI/TIA/EIA-644-A,差分、串行通信协议的技术标准,电压摆率最高±800mV,速率最高10+Gbps。

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图7-5:LVDS的发射和接收结构

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表7-4:LVDS的分类和速率

对于LVDS,推荐 表7-5 :

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表7-5:LVDS的ESD/TVS diode选型参数参考

4.SerDes(高速串行信号)

SerDes主要运用在车载摄像头和车载显示屏上,如图7-6所示,在并行数据流和串行数据流之间相互转换,支持CoaxCable(同轴)和STP/STQ(高速差分)线缆接口样式,串行通道速率可达3Gbps到4.16Gbps。

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图7-6:SerDes传输链路

对于SerDes,推荐 表7-6 :

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表7-6:SerDeS的ESD/TVS diode选型参数参考

5.HDMI/DP/LVDS通用型号

从上述的参数来看,HDMI、DP、LVDS、SerDes的防护器件选择都比较接近,因此许多防护器件在这几个接口保护上可以共用,例如PESD1LVDS专门设计用于为用于车载网络的超高速接口提供ESD保护,如LVDS、HDMI和DisplayPort,该器件能够实现TMDS线路的直通布线,从而支持设计的简易性和寄生影响的最小化。因此选型时需要灵活选择,根据参数信息可以合并使用,不需要完全根据接口类型的不同而划分。

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