HDMI 1.4連接埠的靜電放電防護解決方案

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)