HDMI接口的ESD保护设计要点

HDMI接口的ESD保护设计要点

为保护HDMI的高速TMDS线路，良好的ESD保护设计避不可少。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。首选，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。

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，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。

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。

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。

本文根据对泰科电子瑞侃电路保护产品中国区高级销售经理江如祥先生的采访而整理。