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

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。

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。

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。

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) ）。

基本电性图

TLP曲线图

I/V曲线图

HDMI2.1 Eye Pattern 12Gbps PASS

四、HDMI 2.1接口ESD/EOS防护方案

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。