TE不降低性能的HDMI的ESD保护
发布时间：2012-5-29 18:00
发布者：羞红的夏天
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最新的高清晰度多媒体接口(HDMI)1.3标準的数据速率达到了3.4Gbps，是以前HDMI1.0 - 1.2标準的两倍。更高的数据传输速率為设计具有低电容且能保证足够的信号完整性的稳定电路板带来了新的挑战。尤其对实施强大的静电放电(ESD)保护解决方案尤為重要。通过选择合适的解决方案可以简化HDMI系统设计中的ESD保护。TE电路保护的ESD和过电流保护参考设计符合HDMI1.3在 3.4GHz条件下的规范，满足IEC61000-4-2关於ESD保护规范的要求，优化电路板空间，所有这些都有助於最大程度地减少设计人员的风险。本文探讨了在HDMI1.3系统中设计ESD保护的要求和缺陷。 概述 在高清晰度视频系统中添加ESD保护引发了许多可能增加成本和上市时间的复杂且令人睏惑的问题。 最简单的方法可能无法提供足够的ESD保护性能或最佳的电路板占用空间。在其他一些情况下，那些在一开始似乎是最好的ESD保护解决方案，后来发现需要多次电路板绕线来确保满足适当的时序。提供充分的保护通常意味著要在尺寸、ESD保护性能和实施的便利性之间做出权衡。直到现在為止一直都是。 本文的目的是要讨论為HDMI1.3系统实施强大的ESD保护的复杂性主要成因-运行速度，以及提供充分保护所必须考虑的设计标準。 HDMI的运行速度究竟是多少？ HDMI速度的反映方式有多种，因此设计人员很难选择适当的ESD解决方案。最新的HDMI标準，HDMI1.3的运行速度通常被定為在340 Mpixels/s下高达10.2Gbps。这是对系统运行速度的準确描述，但是没有对最小化差分信号传输(>真美妙S)的速度进行描述。>真美妙S的速度也必须加以考虑，以选择一个适当的ESD保护解决方案。 如前所述，按照HDMI1.3规范，系统运行速度在340Mpixels/s下高达10.2Gbps。关键词是“运行速度高达”。这仅仅意味著接口会根据所连接的发射机和接收机的视频功能而改变其时鐘频率。因此，这两个连接设备的分辨率或色彩深度越高，时鐘频率就会越高。HDMI仅需要在足以传输所需的像素量的速度下运行，以驱动显示设备(显示器、液晶电视等)。例如，如果一台高清晰度数字视频光盘(DVD)播放器和液晶显示器(LCD)在播放高清晰度视频时以48位色彩深度的1080P全屏运行，将会比播放480i标準清晰度的DVD时需要处理更多的信息。 表1显示了每种分辨率和相应的每行像素和每帧行数。对於表1列出的每一个色深，都有一个相应的為每个像素顏色而传输的编码比特数。需要从HDMI发射器发送至HDMI接收器的数据量可以被解释為这些变量之间的关係，包括更新屏幕所需的帧数。表2描述了这种关係： HDMI数据传输速率=X*Y*F*B 其中： X=每行像素数 Y=每帧行数 F=每秒帧数 B=每像素编码比特数   HDMI的物理数据接口包含四个最小化差分信号传输(>真美妙S)对：三个数据差分对通道和一个时鐘差分对通道，如图1所描述。 如图1所示，三个TDMS对需要能够发送和接收高达10.2Gbps的带宽。因此，三个>真美妙S信号对每一个都必须能在 10.2Gbps/3=3.4Gbps(或GHz)下进行信号通讯。 為了说明链路数据速率和物理>真美妙S对之间的关係，表3结合了表2中的信息与>真美妙S对信号速度，以及相应的信号时鐘速度。 设计人员通常也註意到HDMI1.3规范指定的340MHz >真美妙S时鐘速率比数据或信号速率要慢的多。在标準的24位/像素的色彩深度下，通过>真美妙S对传输的数据等同於每像素30比特的编码数。因此，三个 >真美妙S通道的每一个通道都必须在一个“系统”时鐘周期内传输10比特。 因而信号时鐘和数据传输率相当於“系统”>真美妙S时鐘速率的十倍。此外，对於更高的色彩深度，信号时鐘速率会更高，以适应传输更多每像素编码比特数。上面描述了链路数据速率、>真美妙S信号速率和“系统”>真美妙S时鐘速率之间的关係。 总之，HDMI运行的速度取决於发射器和接收器的功能，以及信号源的分辨率和色彩深度。 >真美妙S对运行的速度高达3.4GHz。 HDMI系统添加ESD保护时应註意的时序和性能问题 HDMI系统添加ESD保护时，关键要考虑额外的电容和电感对高速>真美妙S对上所保护设备时序的影响。在>真美妙S对上以高达3.4GHz的速度运行，线路上任何额外的阻抗都能使信号失真，导致： • 满足上昇时间和信号电平所需的眼图难度更大， • 在电路板设计上限制增加，且 • 系统级性能更低 為了尽量减少对这些高速线时序的影响，关於ESD保护器件需要做四个关键的技术方面的考虑。 1. 低电容 2. 低插入损耗 3. 稳定的电容与频率关係 4. 良好的佈局，為3.4GHz运行速率提供足够的裕度 1. 低电容 HDMI的时序性能通常以眼图来衡量。眼图是用来提供时序和电平误差的精确直观显示的时序分析工具。眼图中部的灰色区域代表了HDMI1.3规范。当眼线延伸至灰色区域，容错裕量越小。眼宽是度量数据线稳定的时间长度的良好工具，如果存在任何错误。眼高是信号的水平或幅度的衡量。 由於HDMI的>真美妙S对為差分信号，尽量减少信号对之间和信号对地电容很重要，以确保信号的上昇和下降时间满足规范。最佳的方式是，电容应尽量低，以使设计人员有尽可能多的裕度。 |
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