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最新的高清晰度多媒體接口(HDMI)1.3標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率達(dá)到了3.4Gbps，是以前HDMI1.0 - 1.2標(biāo)準(zhǔn)的兩倍。更高的數(shù)據(jù)傳輸速率為設(shè)計(jì)具有低電容且能保證足夠的信號(hào)完整性的穩(wěn)定電路板帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。尤其對(duì)實(shí)施強(qiáng)大的靜電放電(ESD)保護(hù)解決方案尤為重要。通過(guò)選擇合適的解決方案可以簡(jiǎn)化HDMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的ESD保護(hù)。TE電路保護(hù)的ESD和過(guò)電流保護(hù)參考設(shè)計(jì)符合HDMI1.3在 3.4GHz條件下的規(guī)范，滿足IEC61000-4-2關(guān)於ESD保護(hù)規(guī)范的要求，優(yōu)化電路板空間，所有這些都有助於最大程度地減少設(shè)計(jì)人員的風(fēng)險(xiǎn)。本文探討了在HDMI1.3系統(tǒng)中設(shè)計(jì)ESD保護(hù)的要求和缺陷。 概述 在高清晰度視頻系統(tǒng)中添加ESD保護(hù)引發(fā)了許多可能增加成本和上市時(shí)間的復(fù)雜且令人睏惑的問(wèn)題。 最簡(jiǎn)單的方法可能無(wú)法提供足夠的ESD保護(hù)性能或最佳的電路板占用空間。在其他一些情況下，那些在一開(kāi)始似乎是最好的ESD保護(hù)解決方案，后來(lái)發(fā)現(xiàn)需要多次電路板繞線來(lái)確保滿足適當(dāng)?shù)臅r(shí)序。提供充分的保護(hù)通常意味著要在尺寸、ESD保護(hù)性能和實(shí)施的便利性之間做出權(quán)衡。直到現(xiàn)在為止一直都是。 本文的目的是要討論為HDMI1.3系統(tǒng)實(shí)施強(qiáng)大的ESD保護(hù)的復(fù)雜性主要成因-運(yùn)行速度，以及提供充分保護(hù)所必須考慮的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 HDMI的運(yùn)行速度究竟是多少？ HDMI速度的反映方式有多種，因此設(shè)計(jì)人員很難選擇適當(dāng)?shù)腅SD解決方案。最新的HDMI標(biāo)準(zhǔn)，HDMI1.3的運(yùn)行速度通常被定為在340 Mpixels/s下高達(dá)10.2Gbps。這是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速度的準(zhǔn)確描述，但是沒(méi)有對(duì)最小化差分信號(hào)傳輸(>真美妙S)的速度進(jìn)行描述。>真美妙S的速度也必須加以考慮，以選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)腅SD保護(hù)解決方案。 如前所述，按照HDMI1.3規(guī)范，系統(tǒng)運(yùn)行速度在340Mpixels/s下高達(dá)10.2Gbps。關(guān)鍵詞是“運(yùn)行速度高達(dá)”。這僅僅意味著接口會(huì)根據(jù)所連接的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的視頻功能而改變其時(shí)鐘頻率。因此，這兩個(gè)連接設(shè)備的分辨率或色彩深度越高，時(shí)鐘頻率就會(huì)越高。HDMI僅需要在足以傳輸所需的像素量的速度下運(yùn)行，以驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備(顯示器、液晶電視等)。例如，如果一臺(tái)高清晰度數(shù)字視頻光盤(DVD)播放器和液晶顯示器(LCD)在播放高清晰度視頻時(shí)以48位色彩深度的1080P全屏運(yùn)行，將會(huì)比播放480i標(biāo)準(zhǔn)清晰度的DVD時(shí)需要處理更多的信息。 表1顯示了每種分辨率和相應(yīng)的每行像素和每幀行數(shù)。對(duì)於表1列出的每一個(gè)色深，都有一個(gè)相應(yīng)的為每個(gè)像素顏色而傳輸?shù)木幋a比特?cái)?shù)。需要從HDMI發(fā)射器發(fā)送至HDMI接收器的數(shù)據(jù)量可以被解釋為這些變量之間的關(guān)係，包括更新屏幕所需的幀數(shù)。表2描述了這種關(guān)係： HDMI數(shù)據(jù)傳輸速率=X*Y*F*B 其中： X=每行像素?cái)?shù) Y=每幀行數(shù) F=每秒幀數(shù) B=每像素編碼比特?cái)?shù) HDMI的物理數(shù)據(jù)接口包含四個(gè)最小化差分信號(hào)傳輸(>真美妙S)對(duì)：三個(gè)數(shù)據(jù)差分對(duì)通道和一個(gè)時(shí)鐘差分對(duì)通道，如圖1所描述。 如圖1所示，三個(gè)TDMS對(duì)需要能夠發(fā)送和接收高達(dá)10.2Gbps的帶寬。因此，三個(gè)>真美妙S信號(hào)對(duì)每一個(gè)都必須能在 10.2Gbps/3=3.4Gbps(或GHz)下進(jìn)行信號(hào)通訊。 為了說(shuō)明鏈路數(shù)據(jù)速率和物理>真美妙S對(duì)之間的關(guān)係，表3結(jié)合了表2中的信息與>真美妙S對(duì)信號(hào)速度，以及相應(yīng)的信號(hào)時(shí)鐘速度。 設(shè)計(jì)人員通常也註意到HDMI1.3規(guī)范指定的340MHz >真美妙S時(shí)鐘速率比數(shù)據(jù)或信號(hào)速率要慢的多。在標(biāo)準(zhǔn)的24位/像素的色彩深度下，通過(guò)>真美妙S對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等同於每像素30比特的編碼數(shù)。因此，三個(gè) >真美妙S通道的每一個(gè)通道都必須在一個(gè)“系統(tǒng)”時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸10比特。 因而信號(hào)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸率相當(dāng)於“系統(tǒng)”>真美妙S時(shí)鐘速率的十倍。此外，對(duì)於更高的色彩深度，信號(hào)時(shí)鐘速率會(huì)更高，以適應(yīng)傳輸更多每像素編碼比特?cái)?shù)。上面描述了鏈路數(shù)據(jù)速率、>真美妙S信號(hào)速率和“系統(tǒng)”>真美妙S時(shí)鐘速率之間的關(guān)係。 總之，HDMI運(yùn)行的速度取決於發(fā)射器和接收器的功能，以及信號(hào)源的分辨率和色彩深度。 >真美妙S對(duì)運(yùn)行的速度高達(dá)3.4GHz。 HDMI系統(tǒng)添加ESD保護(hù)時(shí)應(yīng)註意的時(shí)序和性能問(wèn)題 HDMI系統(tǒng)添加ESD保護(hù)時(shí)，關(guān)鍵要考慮額外的電容和電感對(duì)高速>真美妙S對(duì)上所保護(hù)設(shè)備時(shí)序的影響。在>真美妙S對(duì)上以高達(dá)3.4GHz的速度運(yùn)行，線路上任何額外的阻抗都能使信號(hào)失真，導(dǎo)致： • 滿足上昇時(shí)間和信號(hào)電平所需的眼圖難度更大， • 在電路板設(shè)計(jì)上限制增加，且 • 系統(tǒng)級(jí)性能更低 為了盡量減少對(duì)這些高速線時(shí)序的影響，關(guān)於ESD保護(hù)器件需要做四個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)方面的考慮。 1. 低電容 2. 低插入損耗 3. 穩(wěn)定的電容與頻率關(guān)係 4. 良好的佈局，為3.4GHz運(yùn)行速率提供足夠的裕度 1. 低電容 HDMI的時(shí)序性能通常以眼圖來(lái)衡量。眼圖是用來(lái)提供時(shí)序和電平誤差的精確直觀顯示的時(shí)序分析工具。眼圖中部的灰色區(qū)域代表了HDMI1.3規(guī)范。當(dāng)眼線延伸至灰色區(qū)域，容錯(cuò)裕量越小。眼寬是度量數(shù)據(jù)線穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)度的良好工具，如果存在任何錯(cuò)誤。眼高是信號(hào)的水平或幅度的衡量。 由於HDMI的>真美妙S對(duì)為差分信號(hào)，盡量減少信號(hào)對(duì)之間和信號(hào)對(duì)地電容很重要，以確保信號(hào)的上昇和下降時(shí)間滿足規(guī)范。最佳的方式是，電容應(yīng)盡量低，以使設(shè)計(jì)人員有盡可能多的裕度。 |
