HDMI（高清多媒体接口）是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号，广泛应用于消费类产品上，如机顶盒、DVD播放器、个人计算机、电视、游戏主机等设备。HDMI接口作为一种热插拔端口，其设计易受到静电放电（ESD）的损害，造成内部芯片的损坏，尤其是在与用户终端或带电电缆的连接过程中。因此，HDMI的静电防护至关重要。

一、HDMI接口故障现象

HDMI接口故障现象可能包括以下几种情况：

静电放电测试失败：屏幕上出现闪烁、扭曲、花屏或黑屏的情况。
图像和声音问题：图像模糊、颜色失真、画面噪点或声音杂音。
物理损伤：HDMI接口的金属引脚受损，例如弯曲、断裂。
内部元件损坏：HDMI接口内部电子元件造成损坏，导致整个设备无法启动或出现其他故障。

二、HDMI静电防护的重要性

HDMI接口在日常使用中，人体静电放电或其他外部电源的静电放电可能会对接口和连接的设备造成损害。同时，HDMI接口通常连接到电视、显示器、投影仪等设备，这些设备对静电放电非常敏感。因此，为了确保HDMI接口和连接的设备的稳定性、可靠性和寿命，使用ESD二极管保护器件是非常必要的。

三、HDMI静电防护方案

3.1、选择合适的ESD保护二极管：

寄生电容Cj：在选择ESD保护二极管时，寄生电容是一个重要的参数。HDMI不同版本的数据速率不同，例如HDMI 1.3-1.4的数据速率可达10.2 Gbps，而HDMI 2.0-2.1的数据速率最高可达18 Gbps（HDMI 2.1的视频信号传输速率可高达48Gbps）。因此，在选择ESD保护二极管时，需要确保二极管的电容符合TMDS线允许的电容预算，一般来说，要选择小于0.5pF的二极管。
钳位电压Vc：ESD二极管的钳位电压是指在其工作时，当受到静电冲击时，二极管将开始导通并将其两端的电压钳制在一个相对稳定的水平上。钳位电压越低，意味着二极管可以更快地对抗静电放电，并且对受保护的器件造成的压力更小。在选择时，需要根据输出HDMI接口的控制器接口能承受的电压水平来选择3.3V或5V的ESD二极管。
符合IEC标准：根据IEC 61000-4-2标准，ESD有15KV和30KV等不同等级，可以根据需求选择合适的ESD保护二极管。

3.2、针对HDMI 2.1的静电防护：

HDMI 2.1采用了更为先进的制程技术，但对静电放电的敏感度也降低，需要更优秀的抗干扰保护。因此，需要采用低电容、低漏电的ESD静电防护器件，以在不影响数据传输的前提下满足HDMI兼容性测试规范（CTS）的信号完整性和阻抗要求。
针对HDMI 2.1的高速差分线路，可以使用专门的ESD静电防护器件，如ULC0514P10和SRV05-4等。这些器件具有低结电容、低钳位电压和低动态电阻等优越特性，可以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。

3.3、HDMI-SDI/SDI-HDMI转换器的静电防护：

对于HDMI-SDI和SDI-HDMI转换器，除了需要保护HDMI接口外，还需要保护SDI接口和电源端口。
可以使用ESD二极管来保护HDMI和SDI接口的高速差分线和其他非高速线。同时，也需要选用合适的电路保护器件来保护电源端口免受浪涌电流、过压等异常电源情况的损害。

四、静电防护器件的应用

在HDMI接口的静电防护中，ESD二极管的应用非常广泛。它们可以有效地防止静电放电对设备造成损坏，并提供符合标准要求的保护水平。同时，随着HDMI接口的不断升级和传输速率的提高，对ESD二极管的要求也越来越高。因此，在选择ESD二极管时，需要综合考虑其寄生电容、钳位电压、封装尺寸等参数以及是否符合IEC标准等因素。

五、方案简介

HDMI接口作为一种热插拔端口，其设计易受到静电放电的损害，造成内部芯片的损坏，尤其是在与用户终端或带电电缆的连接过程中。HDMI 2.1的主控芯片采用了更为先进的制程技术，但是对静电放电（ESD）敏感度一定程度降低，需要更优秀的抗干扰保护。普通的防护方案或许会对数据的传输造成一定影响，此方案采用低电容低漏电的ESD静电防护器件，在不影响数据传输的前提下满足HDMI兼容性测试规范(CTS)的信号完整性和阻抗要求，让后端的电路得到有效防护。

HDMI的引脚配置

HDMI 2.0采用传统的三对数据差分对（TMDS Data0, Data1, Data2）搭配一个时钟对（TMDS Clock Pair）的结构，而HDMI 2.1则创新性地采用了类似DisplayPort的FRL（固定速率链路）技术，将4组高速差分信号都定义成Data lane（ Lane0， Lane1， Lane2， Lane3），并直接从信号中提取时钟，这一转变显著提升了数据传输效率。

5.1、HDMI的ESD防护

针对每条差分线承受的最大3.3V工作电压，特别是在极高速数据传输环境下，ESD防护器件的作用显得尤为关键。ESD防护在瞬态事件突发时，需凭借超低线间电容来维持电路安全，同时丝毫不减损信号的纯净度与完整性。鉴于TVS与电路并联的布局，遭遇ESD冲击时，电路承受的电压即等同于ESD防护器件的钳位电压，故确保钳位电压尽可能低。因此，理想的保护器件应兼具低ESD峰值钳位电压和低动态电阻的优越特性，以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。这对HDMI在选择ESD防护器件时需要考虑如下要求：

确保信号完整性，实现极高的二极管开关速度和极低的线电容
经过若干次ESD冲击后，防护性能不退化且泄漏保持在较低水平
器件封装尺寸小，PCB设计空间充足
PCB设计层面，对布线进行优化，实现高效封装布局

5.2、应用示例

我们为HDMI 2.1接口提供了两种ESD静电防护器件，专为保护该接口的高速差分线路而设计，型号分别为ULC0514P10和SRV05-4。分立器件减少了生产成本，集成式器件的流通式封装设计简化了 PCB 布局，减少布线过程中的不连续性，促进了信号完整性和系统稳定性的提升。

其中ULC0514P10结电容仅有0.25pF，可对单路高速数据线进行静电防护，可以使用2颗ULC0514P10来保护四个Lane通道。它的工作电压为 5 V，最小击穿电压为 6V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。

DDC时钟和数据通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SRV05-4，可同时保护HDMI2.1的五个引脚免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。它的工作电压为 5 V，结电容仅有1.2pF，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。

5.3、型号参数

总结与结论

由于HDMI在家庭娱乐和智能办公中发挥着重要作用，且一直在向实现更高的画质和更流畅的性能表现发展，保护HDMI接口免受ESD静电损害极为关键。UNSEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护 HDMI 2.1的优选之策，确保消费者能够高品质享受视听体验的流畅无阻。

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结束语

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HDMI 2.1静电防护方案