ST的STDVE003A是一个专门为高性能T_MDS数据传输设计的主动数字多路复用器,可以配置成一个3:1开关。该芯片内置一个均衡模块用于接收和均衡输入信号,然后再将其发送到下一个单元,从而增强了信号的完整性。
飞兆半导体的1.65Gbps的HDMI开关FSHDMI04具有额定8kV ESD保护等级,它提供最低的导通电容(典型值6.0pf/峰值7.0pf),并满足HDMI延迟差规范中每组差分信号中两根信号线的时延,以及每组差分信号线组与组之间的时延。这些特点能协助设计工程师在现有的显示应用产品电路中添加第二个HDMI输入,而无需改变应用的内部结构或针对额外功能重新设计。
ESD保护和EMI噪声抑制方法
HDMI等高速数据端口的ESD保护是一项非常艰巨的任务,因为在高速数据速率下,保护电路带来电容性负载会大幅度降低信号的完整性。安森美半导体的资深应用工程师Baljit Chandhoke说:“确定ESD保护二极管对信号完整性影响的关键方法是查看眼图和插入损耗图。当进行插入损耗测试时,ESD保护二极管ESD7L5.0DT5G在3.4GHz频率下的衰减为0.68dB。它还具有超低箝位电压和0.5pF超低电容,并能将数千伏的IEC61000-4-2 ESD输入脉冲在数纳秒内箝位至低于10V。”
Semtech公司保护产品部产品营销工程师Grace H. Yang详细说明了ESD保护元件的选型原则:“1. 击穿电压应尽可能接近IC的工作电压,这样一旦电压稍高于正常工作电压,ESD保护器件便能快速导通。2. 箝位电压应尽可能低,防止受保护IC上的电压超出正常工作电压太多,箝位电压还应低于导致器件失效的破坏电压。3. ESD保护器件最好有超低电容负载,以尽量减少由于电容负载引起的阻抗失配。4. 泄漏电流也是一个考虑因素,泄漏电流必须尽可能低。”
Semtech公司的瞬态电压抑制器(TVS)二极管阵列RClamp0524P的I/O引脚间的典型电容值仅为0.3pF,对高速信号线的影响微乎其微,因此当将它用在工作频率超过3GHz的电路中时也不会引起信号劣化。Grace H. Yang推荐将ESD保护器件布置在外露接口的正背后,这样当发生ESD事件时,过压/过流将立即被ESD器件转移到地,保护IC不受影响。
对于ESD保护元件寄生电容的具体要求,东电化(上海)国际贸易有限公司(系TDK公司注册在上海的独资企业)技术部经理镰形利通表示:“ESD保护元件的寄生电容因视频的清晰度要求而异,在传输速度为1080p/8b(1.485Gbps)条件下,电容低于1pF即可。如果最大传输速度为1080p/12b(2.225Gbps),则寄生电容必须在0.5pF以下。”TDK的低电压变阻器AVF16系列可满足HDMI接口的ESD保护需求。
除了分立的ESD保护元件,还可选择单芯片ESD保护解决方案,这些器件集成了多个分立元件,提供更多功能和线路匹配。比如:TI公司的TPD12S521确保双信号差分线对之间的良好匹配,与分立ESD解决方案相比,这是一个直接的优势,因为两个不同ESD箝位器之间的变化可能大幅降低差分信号质量。TPD12S521还提供了一个额定输出电流为55mA的片上稳压器,当输出为5V和55mA时,最大过流保护输出电压降是100mV。
NXP的高集成度ESD保护芯片IP4776CZ38配备有逆向驱动保护及针对I2C、CEC和HPD信号的四个双向3.3V至5V电平转换器。线路电容总共只有0.7pF,T_MDS对地电容低于0.05pF。IP4776CZ38集成了20多个分立元器件。
泰科电子推出了用于HDMI 1.3接口的ESD和过电流保护参考设计。该参考设计采用泰科电子的低电容(信号对地的电容为0.25pF)PESD保护器器件来实现ESD保护,采用PolySwitch nanoSMD器件来实现+5V电源的过电流保护。
针对很多在HDMI硅片上集成ESD保护电路的现象,Semtech公司保护产品部营销副总裁Tom Dugan认为虽然集成ESD解决方案可降低BOM成本,但系统级的ESD/CDE保护不太可能被集成。其原因有二:1. 片上ESD保护电路要占用宝贵的芯片面积,对在小体积芯片中提供多功能和高性能不利。2. 虽然经过仔细设计的片上ESD保护可以作为极好的二级保护措施,但基于整个系统中保护器件的位置,片外ESD保护很有必要。通常片上保护电路离接口入口点太远,当ESD导致的瞬时感应信号通过这些接口时,它们会被耦合到相邻走线上,包括数据线、时钟信号线和电源线。
安森美半导体技术营销经理Lon Robinson也认为ESD保护元件将难以集成到单芯片解决方案之中,因为将保护元件与IC隔离时,ESD保护是最有效的。但他相信集成会越来越多,例如HDMI开关很可能与接收器集成,从而产生HDMI收发器的集成硅解决方案。
尽管HDMI具有低辐射噪声的优点,但事实上EMI噪声问题有时还是会发生,因为IC和外部电路中的耦合或来自差分信号的模式转换都会引发共模噪声。为抑制这些EMI噪声,采用共模扼流圈非常有效。
“为保持良好的信号质量,需要提高差分模式下的截止频率,因为在较低截止频率下,高频率时的高差分阻抗容易造成信号失真。共模扼流圈及其摆放位置的选择取决于信号频率、外围电路和外围器件。选用的共模扼流圈必须具有较高性能,不能产生信号衰减,还要有很好的时域反射性能。通常HDMI 1.3要求共模扼流圈具有10dB衰耗值或工作频率超过3GHz。”村田公司的EMI静噪滤波器产品副经理谭斌表示。
村田公司针对EMI噪声、信号完整性和时域反射性能开发出一种适合HDMI 1.3的共模扼流圈高效使用方法。DLP11SA900HL2和DLW21SN900HQ2所用的电路进行了良好阻抗匹配,可提供良好的幅射噪声抑制性能和波形质量。
TDK则提供共模滤波器(CMF)方法来解决EMI问题。镰形利通指出:“尽管大多数情况下可以有效使用CMF,但如果选择了错误的CMF,则可能导致最坏的后果,因此必须减小相对于信号的插入损耗。标准频率可以是插入损耗为3dB的频率,且至少应为6GHz以上。另外,为了在较宽的频带内有效,相关的共模阻抗应当达到90Ω@100MHz以上。”该公司的ACM2012H系列在可靠抑制辐射噪声的同时,可实行无失真地传输HDMI的高品质和高速差分信号的频率特性。共模滤波器TCM1210H系列为薄膜宽带共模滤波器,具有辐射噪声抑制效果,截至频率为6.0GHz,对HDMI信号不会产生干扰。
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