用于HDMI接口的ESD保护技术

用于HDMI接口的ESD保护技术  

   最新的HDMI I.3（高清晰度多媒体接口1.3）标准把以前的HDMI 1.0 - 1.2标准所规定的数据传送速度提高了一倍，每对差动信号线的速度达到3.4 Gbps。由于数据传送速度这么高，要求电路板的电容小，确保信号的素质很好，这给电路板的设计带来了新的挑战。在解决这个问题，实现可靠的静电放电（ESD）保护时，这点尤其重要。在HDMI系统设计中增加ESD保护时，如果选用合适的办法，就可以把问题简化。泰科电子的ESD和过电流保护参考设计，符合3.4 GHz的HDMI 1.3规范，达到IEC 61000-4-2关于ESD保护的要求，并且可以优化电路板的空间，所有这些可以帮助设计人员减少风险。本文探讨在HDMI 1.3系统中设计ESD保护的要求和容易犯的错误。

概述

在高清晰度视频系统中增加ESD保护，提出了许多复杂而且令人为难的问题，这会增加成本，会延长产品上市的时间。人们在选择ESD保护方案时，往往是根据解决这个问题的办法实现起来是否容易。不过，最简单的办法也许不可能提供充分的ESD保护，或者在电路板上占用的空间不能让人最满意。有些时候，在开始时看上去是解决ESD保护问题的最好办法，到了后来，会发现需要使用多种电路板材来保证时基信号达到要求。在实现一个充分的静电放电保护时，往往需要在尺寸、静电放电保护的性能以及实现起来是否容易这几方面进行折衷。一直到现在仍然是这样。

本文的目的是讨论针对HDMI 1.3系统实现一个可靠的ESD保护时，问题之所以复杂的原因──运行速度，并且讨论设计标准，在提供充分的静电放电保护时，必须考虑到这些设计标准。

HDMI的速度究竟是多少？

关于HDMI的速度，有很多说法，因而设计人员在解决静电放电问题时很难选择一个合适的办法。人们往往认为，按照最新的HDMI标准，也就是HDMI 1.3，在每秒传送340M个像素时，数据传送速率高达10.2 Gbps。这是系统运行速度的精确的说法，但是它并不是讲过渡时间最小的差动信号（TMDS）的传送速度。为了选出一个充分的ESD保护办法，也一定要考虑到TMDS速度。

在前面讲过，根据HDMI 1.3规范，在每秒传送340 M个像素时，系统最快会工作在10.2Gbps。关键是“最快会工作在”六个字。这就是说，接口的时钟速度会改变，这决定于连接在它上面的发送器和接收器工作在视频的能力。因此，连接到接口上的两个设备的分辨率越高，或者色彩深度越深，时钟就越快。HDMI只需要快到能够传送所需数量的像素给显示设备（监视器、液晶显示电视机等等）就可以了。例如，如果高清晰度数字视盘（DVD）播放器和液晶显示（LCD）监视器在播放1080P格式的高清晰度视频节目、颜色深度为48位时，比起播放480i的标准清晰度DVD节目，需要处理的信息就更多。

表1是各种分辨率和相应的每行像素数量及每帧行数。对于表1中列出的每种颜色深度，都有一个编码位数和它对应，来传送每个像素的颜色。需要从HDMI发送器传送到HDMI接收器的数据数量与这些变量有关，包括每秒刷新显示屏的帧数。表2是它们的这个关系式：

HDMI 数据传送速度 = X * Y * F * B

其中： X = 每行的像素数量；Y = 每帧的行数；F = 每秒的帧数；B = 每个像素的编码位数。

表1：不同版本的HDMI支持的分辨率和颜色深度。

表2：HDMI发送器把数据传送给HDMI接收器的速度。

实际的HDMI数据接口由4对过渡过程最小的差动信号线组成：3路差动数据通道，一路是时钟，每路是一对差动连接线，如图1所示。

图1：实际的HDMI数据接口。 如图1所示，三对TMDS数据线的频带要宽到能够传送和接收的数据速度最高为10.2 Gbps。因此，这三对TMDS数据线一定要能够以10.2 Gbps/ 3 × 3.4 Gbps（或者GHz）的速度传送信号。 为了说明每对实际的TMDS线的数据传送速度，在表3中把表2中的信息和每一对TMDS数据线的速度以及对应的信号时钟速度放在一起。 设计人员一般也会注意到，在HDMI 1.3标准中，TMDS时钟的速度是340 MHz，比传送数据或者传送信号的速度低很多。对于标准的频色深度，即每个像素为24位时，在每对TMDS数据线上传送的数据等于每个像素的编码位数30位。因此，在三路TMDS通道中，在‘系统’时钟的一个周期内，每一路必须传送10位。所以，信号的时钟和数据速度等于‘系统’的TDMS时钟速度的十倍。此外，在颜色深度较深时，信号的时钟速度较高，以便传送每个像素的更多编码位数。连接线的数据传送速度、TDMS信号的速度，以及‘系统’的TDMS时钟速度之间的关系列于表4。 表3：TDMS传送信号的速度与时钟的速度。