原创 选择适合高清多媒体接口（HDMI）2.0的静电放电（ESD）保护二极管时要考虑的两个参数

作者：Stuart Vance

在我们当地电子产品零售商的电视机销售专区信步游逛时，笔者注意到大多数电视机均拥有4K的分辨率。笔者还注意到自己最喜欢的虚构政治剧节目也在以4K串流方式热播。如果仅笔者的购物体验就是一个很好的衡量标准，那么似乎4K内容及支持它的设备正在市场中激增。

为支持所有此类4K内容，HDMI论坛于2013年9月推出了最新的HDMI标准 —— HDMI 2.0。较之HDMI 1.4，HDMI 2.0有许多优势，但同时也增加了电路保护设计的挑战。

HDMI 2.0和HDMI 1.4之间的差异

这两种标准支持相同的连接器，那么HDMI 2.0给消费者带来了什么好处呢？

l  在速率为50帧或60帧/秒（fps）时达到4K的分辨率；而HDMI 1.4是在帧速率为24fps时达到4K的分辨率。

l  多达32个音频通道（适用于身临其境般的多维音频体验）。

l  两个视频画面可同时以1080 p格式显示在同一个屏幕上。

l  可同时给多达四个用户传送多流音频。

l  可支持21:9的广角视频宽高比。

l  视频和音频流的动态同步。

l  消费类电子产品控制（CEC）2.0应用可通过单个遥控器提供对消费类电子设备的扩展命令和控制。

这些附加功能的引入使HDMI 2.0的总数据速率猛增，高达18Gbps；而HDMI 1.4的总数据速率为10Gbps。这种数据速率的增加对消费者添加额外功能意义重大，但在电路保护设计过程中选择合适的静电放电（ESD）保护二极管时却带来了挑战。

选择适合HDMI 2.0的ESD保护二极管时要考虑的关键参数包括：

1.寄生电容。

在HDMI 2.0中，高速最小化传输差分信号（TMDS）线可显示数据速率的增加。适合HDMI 2.0的TMDS线具有6Gbps的最高数据速率，而在HDMI 1.4中最高数据速率为3.4Gbps。在选择ESD保护二极管以确保TMDS线的信号完整性时，寄生电容成为最重要的参数之一。

当选择适合HDMI 2.0的ESD保护二极管时，务必要先考虑二极管的输入/输出（I/O）电容，确保二极管的电容符合TMDS线允许的电容预算。进行选择时，要找小于0.5pF的I/O电容。

另外还要查看产品说明书中包含的眼图。这会向您很好地展示HDMI 2.0系统中ESD器件的性能。图1是一个眼图的范例。

图1：TPD4E05U06 ESD保护器件的HDMI 2.0测试点1（TP1）眼图

2.钳位电压和动态电阻（R_DYN）。

当选择适用于HDMI的ESD保护二极管时，较低的电容并非唯一要考虑的参数。在ESD冲击中，随着系统处理器移向电压较低的节点，过电应力（EOS）引起故障的风险也会增加。当考虑ESD保护二极管时，一定要看器件的钳位电压和R_DYN。

钳位电压是ESD二极管在ESD冲击中强行限制的电压。对ESD保护器件而言，这是最重要的参数之一，因为它是连接器的系统侧在ESD冲击中将承受的那种电压。

为明确规定ESD器件的钳位电压，产品说明书列出了不同的方法。有些器件将利用传输线脉冲（TLP）测试来指定钳位电压。适合TLP测试的电流水平范围：1A至16A。其它器件则明确规定了按国际电工技术委员会（IEC）61000-4-2标准进行8kV接触放电测试过程中30ns时的钳位电压。当比较ESD保护二极管时，用所有这些不同的方法来定义钳位电压会产生混淆。

图2：瞬态电压抑制（TVS）二极管的电流与电压曲线

当选择ESD保护二极管时，一般的经验法则是R_DYN越低，钳位电压越低。在ESD冲击中，动态电阻是二极管至接地的路径的有效电阻。如方程式1所示，R_DYN与钳位电压是成比例的关系。它也可被描述成图2中二极管I-V曲线的斜率。还有其它因素，如击穿电压和寄生电容。不过，更低的动态电阻会使二极管的钳位电压性能更佳。

当为HDMI 2.0设计选择ESD保护二极管时，请关注两样主要东西：电容和R_DYN。低寄生电容将确保该设计能保持HDMI 2.0信号完整性；而低R_DYN则可在ESD冲击中确保低钳位电压。请考虑这些参数，以保证系统安全和4K内容流畅播放。

其它资源

·            查看TI的高清多媒体接口（HDMI）ESD保护产品。

·            如欲了解有关ESD保护的更多信息，敬请下载这些文件：

·            《ESD保护布局指南》。

·            《ESD保护参考指南》。

·            《系统级ESD电路保护的设计注意事项》。

·            《针对TI保护器件的IEC 61000-4-x测试》。