HDMI、USB 2.0等高速端口的ESD保护(一)

发布时间：2009-5-15 11:36 发布者：虞美人

关键词： ESD , HDMI , USB , 端口

在高速数据率下，低电容ESD保护对于保持USB 2.0、IEEE 1394以及ITV操作中使用的DVI和HDMI协议的数据完整性非常关键。为实现良好的ESD保护，应该选用具有什么特性的保护器件呢？布局布线又有什么特殊要求呢？本文给出详细分析。
在高速数据率下，低电容ESD保护对于保持USB 2.0、IEEE 1394以及ITV操作中使用的DVI和HDMI协议的数据完整性是很关键的。
全世界有数百万的家庭都已经在通过卫星电视、有线电视以及陆地广播享用互动式电视(ITV)服务。借助于计算机技术，ATSCACAP协议正在通过数据广播(PC下载) 以及实时互动应用服务成为富有生命力的广播服务。通过将计算机装入电视机并为数字式机顶盒增加游戏、运动、互动广告、电子信箱和因特网接入功能，ITV正在成为电视和家庭娱乐的一道风景线。
随着这些行业的汇聚联合，制造商必须对设备需求作出响应，以便容纳更高的数据率以及符合当前和拟议中的通信需求。另外，保护昂贵的设备不会受到因用户错误操作、环境危害或电源变化所引起的致命的损坏也是一项关键的设计课题。
USB2.0、IEEE 1394、ITV应用和操作中使用的数字式可视接口(DVI)和高清晰度多媒体接口(HDMI)协议允许高速数据传输率，并可以支持即插即用热插拔安装和操作。但这些外部端口很容易受到来自工作环境和周边设备的破坏性的 ESD 脉冲的伤害。ESD抑制器件除了保护数据传输线路之外，必须保持其信号的完整性。
通常，USB 2.0支持480Mbps(bits per second)的数据传输；DVI和HDMI协议更是分别支持高达 8Gbps和5Gbps的数据传输带宽。在 USB2.0、DVI和HDMI的高速数据率下，传统保护装置的寄生电容可能破坏信号的完整性或令其失真。失真表现为由较慢的上升和下降时间所致的高态/低态瞬变的前沿和后沿被修圆。上升和下降时间较慢会给系统带来一些问题，其中最重要的是时序问题。电路在特定的时间需要稳定的“高”态和“低”态。随着各状态之间过渡时间的增加，电路有可能检测到不完整的过渡期，从而将数据误差引入系统。附表1是不同寄生电容ESD抑制器件对数据上升沿时间(10%至90%高电平)所造成的影响比较。

传输速率为12Mbps时，其保持电平的时间要长得多(80ns)。在此数据传输率条件下，1OpF或更小的电容值将使得数据通过时的失真最小。当传输速率提高到480Mbps时，信号具有短得多的电平保持时间(2.0ns)。此时1OpF电容的ESD抑制器件已经引起波形失真：它减少了电平保持时间并使前沿和后沿的形状大为改变。而660pF电容的ESD抑制器件则造成了相当大的失真，以致于波形甚至无法达到信号工作电压。图1显示了不同ESD抑制器件对480Mbps数据波形的影响。