HDMI 1.4連接埠的靜電放電防護解決方案
- 姜信欽
隨著高速影音數位介面HDMI埠的日益普及,以及使用者熱插拔HDMI連接線的次數增加,使得HDMI埠遭受到ESD靜電放電損傷的機會大幅提升,所以應用在HDMI埠的ESD保護元件在目前已經是標準配備。為了達到HDMI高速傳輸的要求,HDMI接收發IC都是使用最先進的製程來設計與製造,IC中的元件也就相對地脆弱,非常容易遭受ESD靜電放電的損傷。
因此,HDMI埠對於ESD保護元件的規格要求將非常高。目前HDMI已經推出1.4版的規格,其朝著3D應用及4k x 2k 高解析度支援,與HDM1 1.3規格相比,更高傳輸速度的訊號對於ESD保護元件所造成的電容性負載將更為嚴苛。另HDMI 1.4規格中還追加乙太網路傳輸通道(HDMI Ethernet Channel)及音訊回授通道(Audio Return Channel)支援,此使用之腳位也需要ESD保護元件作防護。
要用在HDMI 1.4連接埠的ESD防護元件必須同時符合三項要求:第一、ESD防護元件接腳本身的寄生電容必須要小,為不影響到HDMI 1.4的3Gbps傳輸速率,其寄生電容必須小於0.5pF;第二、ESD防護元件本身對ESD事件的耐受能力必須要高,最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8KV的ESD轟擊;第三、也是最重要的,ESD防護元件在ESD事件發生期間所提供的箝制電壓必須要夠低,不能造成傳輸資料的損壞。以上三項要求缺一不可。只要缺一,HDMI 1.4連接埠就無法被完善的保護。然而要同時符合以上三項要求的ESD防護元件,其本身的設計難度就相當高。
晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術,特別針對HDMI 1.4規格連接埠,提供具高效能ESD防護能力及高整合度之ESD保護元件。對於高速的TMDS腳位,使用兩顆AZ1045-04F作ESD防護,而對於HDMI1.4規格的乙太網路連接腳位及其他低速的腳位,使用一顆AZC199-06S作ESD防護。圖1 所示即為晶焱科技所推出的HDMI 1.4專用的TVS solution。其中AZ1045-04F接腳本身的寄生電容只有0.5pF,滿足HDMI 1.4規格的要求,不會影響到訊號完整性。圖2所示即為裝有AZ1045-04F ESD防護元件的HDMI連接埠仍能通過HDMI1.4規格的Eye Diagram測試。
在ESD防護能力上,AZ1045-04F接腳可以承受接觸模式10kV的ESD轟擊,而AZC199-06S可以承受接觸模式15kV的ESD轟擊,不會有任何損壞發生,可滿足消費性電子產品標準(IEC 61000-4-2 第4級)的要求。此外,以相同寄生電容來評比,AZ1045-04F及AZC199-06S擁有最低的ESD箝制電壓,可以有效防止資料傳輸時被ESD事件所干擾,如此擁有HDMI1.4規格連接埠的電子系統才會有機會通過Class-A的IEC 61000-4-2系統級靜電放電防護測試。使用傳輸線脈波系統(Transmission Line Pulsing System, TLP)所量到的AZ1045-04F及AZC199-06S的ESD箝制電壓,在IEC 61000-4-2接觸模式6KV的ESD轟擊下(TLP電流等效約為17A)箝制電壓都小於12V,如圖3所示。
因此,使用兩顆AZ1045-04F加上一顆AZC199-04S ESD防護元件就可以針對HDMI 1.4規格的連接埠提供完整的ESD防護。
除了靜電保護IC,晶焱科技也推出HDMI SWITCH。HDMI 交換器一般使用於電視機或機上盒內,以提供更多的HDMI埠連接其他的影音家電。目前晶焱科技提供的產品有4-1、3-1、2-1交換器以及REPEATER。晶焱科技的HDMI SWITCH產品都具有優越的訊號傳遞功能可以達到2.5Gbps訊號速度完全符合HDMI規格需求。除了提供HDMI 訊號交換通道外,產品也都內建靜電保護功能,強度達到系統級8KV (依IEC61000-4-2規範測試)的靜電保護能力,是目前業界內建最高靜電防護規格。
負責HDMI SWITCH產品開發的鄭俊一博士總特別強調晶焱科技的HDMI SWITCH產品已經通過HDMI 相容性測試,完全符合HDMI規格的要求。內建了高規格的靜電保護能力,不需要再外加靜電保護元件,可以幫客戶節省元件和PCB的成本,也降低電視機主板設計的複雜度,是目前市場上的最佳選擇。
由於HDMI標準要求每一個HDMI埠都要有一個非揮發性記憶體作為EDID (Extended Display Identification Data)以記錄該埠的特性。晶焱科技更進一步將EDID內建於HDMI SWITCH產品內。使的原本相當複雜的電路板設計便的相當簡潔。以單晶片AZHW371D產品來說,內建了相當於一顆交換晶片、3顆TVS靜電保護晶片和3顆EEPROM晶片,大幅降低了系統設計的複雜度。由於這個解決方案相當受到客戶歡迎,將會成為2010年市場的新主流。
2010年晶焱科技非常看好HDMI 1.4在網路TV、IPTV與互動TV的市場上將會廣受青睞,已經準備好一系列的產品要提供給HDMI 1.4的客戶使用。HDMI 1.4的靜電保護系列產品提供了簡單而低成本得TVS晶片,讓高速訊號的靜電保護可以輕易解決。而HDMI SWITCH系列產品則整合了最多的周邊功能,將靜電保護與EDID記憶體整合成單晶片,使得電視系統的設計更簡易。這兩個系列的產品也必將隨HDMI市場起飛被廣泛應用在IT與家電產品上。(本文作者為晶焱科技研發協理)
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