高频数据传输接口电路保护方案设计

护要求的器件，例如泰科电子瑞侃电路保护部推出的高分子ESD抑制器件PESD，以及低电容硅类ESD器件SESD。PESD器件的电容极低，典型值0.25pF，漏电流极小 (0.001A)；ESD防护快速有效, 价格低于低电容硅器件。泰科电子推出的低电容硅类ESD器件包括0201封装，典型电容为0.6pF的SESD0201C-006-058, 0402封装，典型电容为0.5pF的SESD0402S-005-054。

图2展示了泰科电子0.25pF PESD器件在3.4GHz下工作(HDMI 1.3)的眼图性能，如图所示，当接口传输速度高达HDMI1.3定义的最高3.4GHz时，采用泰科电子PESD静电保护元件的信号在传输过程中，在信号上升时间、下降时间以及信号电平上都有足够裕量，能够保证数据正常传输不受影响。

覆盖较宽频率范围的低插入损耗和稳定的电容，也对实现保护充分、节省成本和信号衰减最小这一最终目标具有重要影响。插入损耗是衡量信号衰减-频率关系的一个重要指标。插入损耗过高会降低设备和系统带宽，对满足眼图电平带来额外的设计约束。

ESD 保护器件的电容与频率特性也可能影响高速端口的设计性能，从而增加设计约束。在高速系统中，针对某特定电容而设计的电路可能因采用的ESD保护方法不同而表现不同，这就迫使设计人员在构思HDMI电路保护机制时不得不使用复杂的软件过程改进与能力测定(SPICE)模型和仿真手段。图3，图4展示了泰科电子两种用于高速数据传输接口保护E的SD器件在高频传输速率下的插入损耗。

图3 泰科电子瑞侃PESD器件的插入损耗曲线

图4 泰科电子瑞侃SESD器件的插入损耗曲线

泰科电子的PESD相对于其它的聚合物ESD保护器件，具有较低触发电压和箝位电压、耐受ESD冲击、寿命长等特点；SESD相对于聚合物PESD 元件，电容略高(0.6pF)，但其触发电压与箝位电压相对更低，对于极其敏感的IC具有更好的防护作用。泰科电子推出的这两款产品可以完全覆盖高速数据传输接口的保护，设计者可以根据保护等级、接口电路的工作频率、元件尺寸、成本以及实现的便利性等进行选择。这两个系列的产品采用了电子工业中最为流行的 0603、0402以及目前最小的0201封装，符合RoHS严格要求，能够帮助机顶盒敏感电路、手提电脑、手机和其它便携式设备免ESD侵害。

PPTC过流保护

出于安全和调整考虑，HDMI、USB和DisplayPort规范也要求终端用户可接触的供电连接器实现过流保护。过流保护器件必须可以复位而无须用户机械干预，为防止误动作，其预设动作极限必须高于允许的瞬变电流，同时要求保护元件的常态电阻足够低，以免造成太多的压降。聚合正温度系数(PPTC)器件在各种高速接口应用中的效果已经得到证明。与传统熔断器一样，当电流超过规定极限电流时它们将限制回路电流。但是，与熔断器不同的是，PPTC可以在故障清除、电源重新上电后复位。PPTC器件具有电阻低、动作时间快和外形尺寸小的特点，使其成为许多供电总线架构中过流保护的首选方法。

不同于HDMI和DisplayPort，USB接口通常用来为便携电子产品提供电源、充电等功能。因此，对于采用USB接口供电或充电的下游设备，会受到感应式电压尖峰，错误充电器，反向偏压导致的危害。泰科电子的polyZen元件是聚合物保护的精密齐纳二极管微型集成模块由一个稳定的箝位电压精准的齐纳二极管和一个非线性聚合物PTC(正温度系数)组合而成，PTC通过由低阻态向高阻态转换，从而对二极管过热或过电流故障作出响应。PolyZen元件具有可复位式防止大功率故障事件的特点，同时只有0.7W功耗。二极管过热或过电流发生时，PTC“动作”从而限制电流并产生压降，帮助保护齐纳二极管及其后面的电子设备，从而有效提高该二极管的功率处理能力。

图5、图6和图7展示了采用泰科电子ESD器件、MLV器件，PolySwitch过流保护器件，PolyZen过流过压保护器件设计的HDMI1.3、USB3.0和Display port接口保护电路示意图。

图5 典型HDMI接口电路保护方案设计-ESD与过流保护

图6 典型DisplayPort接口电路保护方案设计-ESD与过流保护

图7 典型USB3.0 电路保护方案设计-ESD,过流越过压保护