HDMI 1.4静电保护方案

HDMI(高清多媒体接口)是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号，广泛应用如消费类产品上，如机顶盒、DVD播放器、个人计算机、电视、游戏主机、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI 1.4支持4K，带宽为10.2Gbps，最高可达到3840×2160分辨率和30FPS帧率。HDMI电路制造商不断致力于微缩其元器件内的晶体管、连接线路及绝缘层的极限尺寸，以此实现高速电子元件的小型化设计。虽促进了设备结构的紧凑化，却也引发了在低能量水平下，器件因击穿效应导致的损坏风险显著增加这一新问题。

HDMI接口作为一种热插拔端口，其设计易受到静电放电的损害，造成内部芯片的损坏，尤其是在与用户终端或带电电缆的连接过程中。普通的防护方案或许会对数据的传输造成一定影响，随着消费类电子产品需求的持续增长，对ESD保护器件性能加强的需求也越来越强烈。此方案采用集成四通道保护、超低容值、低漏电的ESD静电防护器件，在不影响数据传输的前提下满足HDMI兼容性测试规范(CTS)的信号完整性和阻抗要求，让后端的电路得到有效防护。

HDMI 1.4引脚配置

图1 HDMI 1.4引脚配置

表1 HDMI 1.4引脚配置

HDMI的ESD防护

针对每条差分线承受的最大3.3V工作电压，特别是在极高速数据传输环境下，ESD防护器件的作用显得尤为关键。ESD防护在瞬态事件突发时，需凭借超低线间电容来维持电路安全，同时丝毫不减损信号的纯净度与完整性。当防护器件与电路并联时，遭遇ESD冲击后电路承受的电压即等同于ESD防护器件的钳位电压，故确保钳位电压尽可能低。因此，理想的保护器件应兼具低ESD峰值钳位电压和低动态电阻的优越特性，以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。因此HDMI在选择ESD防护器件时需要考虑如下要求：

确保信号完整性，实现极高的二极管开关速度和极低的线电容
经过若干次ESD冲击后，防护性能不退化且泄漏保持在较低水平
器件封装尺寸小，PCB设计空间充足
PCB设计层面，对RF（射频）信号的布线进行优化，实现高效封装布局

应用示例

图2 HDMI 1.4应用示例

1.高速差分线D0+/D0-,D1+/D1-,D2+/D2-,时钟引脚CLK+/CLK-

HDMI 1.4拥有三组高速差分信号线，支持高达10.8Gbps的高速数据传输。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。除高速差分信号线之外，HDMI2.0还拥有一对频率为340MHz的时钟差分线CLK+/CLK-,用于同步芯片内各个模块的操作，确保它们按照正确的时间序列执行任务。

我们推荐使用湖南静芯的超低电容ESD静电保护器件SEUC10F5V4U，该器件为十引脚集成式静电防护器件，专为保护该接口的高速差分线路而设计，流通式封装设计简化了 PCB布局，减少布线过程中的不连续性，促进了信号完整性和系统稳定性的提升。将两对差分线连接一个SEUC10F5V4U器件，将剩下的一对差分线与时钟差分线连接另一个SEUC10F5V4U器件，可同时保护八条通道。

该器件工作电压为 5 V，钳位电压为12V，结电容仅为0.6pF，符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范，在 ±20kV（空气）和 ±20kV（接触）下提供瞬变保护。

2.CEC控制信号通道

CEC是与其他HDMI信号分开的电信号，拥有一套完整的单总线协议，电子设备可以借着CEC信号让使用可控制HDMI接口上所连接的装置，实现由单一遥控器控制所有HDMI连接的装置。该通道允许HDMI设备在没有用户干扰情况下互相命令控制，最多可以控制15个设备。

推荐使用湖南静芯的常规电容ESD器件SENC2F5V1BA作为该通道的静电保护器件。该器件工作电压为 5 V，钳位电压为10V，结电容为15pF，可对单条线路进行静电防护。符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范，在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护。

3.ARC,SCL,SDA,HPD,电源通道

ARC功能是指HDMI线可直接将数字音频输出到功放上解码，并在音响设备上输出。HDMI2.0的14引脚拥有ARC功能，传输速度约为1Mbit/s。为了保证频的稳定传输，需要在14引脚附近连接合适的静电保护器件。

SCL引脚和SDA引脚分别作为HDMI接口的DDC时钟和数据通道，通过这两个引脚可让传送端与接收端得知彼此的传送与接收能力，最后可放送出符合电视分辨率的影像画面。

HPD引脚拥有热插拔检测功能，其作用是当显示器等HDMI接口的显示设备通过HDMI/DVI接口与HDMI源端相连或断开连接时，HDMI源端能够通过HDMI/DVI的HPD引脚检测出这一事件，并做出响应。

以上四个引脚再加上5V的电源引脚可以通过一个六引脚的集成式ESD器件进行静电防护。我们推荐采用湖南静芯集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U，该器件的工作电压为 5 V，钳位电压为12V，其结电容仅有 0.6pF，且符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范，在 ±17kV（空气）和 ±12kV（接触）下提供瞬变保护，可同时保护HDMI1.4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。

表2 HDMI 1.4可用物料汇总