HDMI 2.0/2.1接口ESD/EOS深回掃型靜電防護器件SEUCS10F3V4UB

一．HDMI 2.1接口概述

在眾多視頻傳輸端口中，HDMI憑借其出色的兼容性和卓越的性能，在電子產品領域的應用最為普遍，常見于筆記本電腦、高清電視及機頂盒（STB）等設備。HDMI Licensing Administrator, Inc.（HDMI LA）在2017年推出的HDMI 2.1標準，是HDMI技術的一次重大飛躍。HDMI 2.1不僅將過渡最小化差分信號（TMDS）的傳輸速率從HDMI 2.0的18Gbps提升至的48Gbps，還將支持的分辨率從4K提升到8K。

在信號傳輸機制上，HDMI 2.1摒棄了HDMI 2.0時代的三組TMDS數據對加一組時鐘對的傳統模式，轉而采用類似DisplayPort的固定速率鏈路（FRL）技術。這一創新使得HDMI 2.1能夠定義四組TMDS數據對（Lane0至Lane3）作為獨立的數據通道，并巧妙地嵌入時鐘信號，從而顯著提升了數據傳輸的效率和穩定性。

此外，HDMI 2.1的推出還伴隨著芯片制造工藝的顯著提升。相較于HDMI 2.0，HDMI 2.1的芯片設計更加先進，但這也對靜電放電（ESD）的耐受性提出了一定要求，因此在使用過程中需要更加注意靜電防護。

HDMI 2.0信號通道圖示

HDMI 2.0接口：3對TMDS信號傳輸差分線Data0-Data2 和1對時鐘信號線，一個差分對最大傳輸速率為6Gbps，3對傳輸線最大速率為18Gbps。

HDMI 2.1信號通道圖示

HDMI 2.1接口：4對TMDS信號傳輸差分線Lane0-Lane3，時鐘信號嵌入在內，一個差分對最大傳輸速率為12Gbps，4對傳輸線最大速率為48Gbps。

為了提升音頻信號的傳輸質量和音質，將現有的僅依賴Pin 14進行信號傳輸的共模ARC（音頻回傳通道）技術，升級為采用Pin 14與Pin 19組成的差分對進行數據傳輸的eARC（增強型音頻回傳通道）。這一升級改變了信號的傳輸方式，使其更加穩定和抗干擾，而且還提高了數據傳輸速率，從原先的1Mbit/s躍升至37Mbit/s，從而為用戶帶來更加清晰、細膩且高質量的音頻體驗。

二．HDMI 2.1遭受ESD/EOS原因

在開發設計電子產品，諸如機頂盒、顯示器及筆記本電腦等過程中，為了有效抵御用戶插拔操作而引發的靜電放電（ESD），導致HDMI接口受損的風險，眾多知名品牌公司采取了多重防護措施。這些措施嚴格遵循IEC61000-4-2標準， 不僅涵蓋了機構件及接口連接器上的空氣放電與接觸放電測試，還特別強調了在HDMI端口信號線上直接注入高達8kV的ESD脈沖，在極端條件模擬用戶插拔電纜時可能遭遇的ESD現象。此舉旨在預先識別并減少因ESD導致的現場故障反饋，提升產品的耐用性和用戶滿意度。 鑒于如此嚴苛的測試環境下，普通芯片往往難以承受如此高強度的ESD沖擊，因此，在HDMI端口接入ESD保護器件顯得尤為重要。這些ESD保護器件能夠有效吸收或分流ESD能量，確保HDMI接口及其連接的芯片在遭遇意外靜電放電時仍能保持穩定運行，從而順利通過嚴格的ESD測試，為產品的長期可靠使用提供堅實保障。

三．湖南靜芯HDMI 2.1深回掃ESD介紹

湖南靜芯在為手機、電腦等應用領域持續提供高性能解決方案的積淀中，推出SCR工藝回掃特性ESD防護器件，具有超小封裝體積、超低鉗位電壓、超低結電容特性，相比常規工藝 TVS 防護效果更優，且不影響信號完整性，可更有效保護USB端口免受瞬態過電壓的影響，為相關電子產品設備加固防護，提升消費者使用體驗。

1、常規ESD與回掃型ESD區別

常規ESD：其電壓隨著IPP（峰值脈沖電流）的增加而等比例增加，呈現出一個較為線性的增長趨勢。帶回掃ESD：當電壓達到VT1（觸發電壓）后，ESD器件會瞬間將兩端的鉗位電壓拉低，進入一個介于工作電壓VRWM和VT1之間的較低電壓Vh。隨后，隨著電流的增加，電壓逐漸增大，但增長速度相比常規ESD較慢。

帶回掃ESD的優點：

1.低鉗位電壓：在相同的IPP下，帶回掃ESD的VC（鉗位電壓）比常規ESD器件低50%以上。這種低鉗位電壓有助于提前釋放能量，更有效地保護集成電路（IC）及整個電路的安全；

2.更低ESD鉗位電壓：帶回掃ESD具有更優異的ESD保護能力，能在過ESD事件時提供更低的鉗位電壓，從而提供更高級別的系統保護；

3.更低的漏電流：這類ESD器件具有更低的漏電流，有助于降低設備的功耗，實現更節能的設計；

4.更廣泛的應用范圍：帶回掃ESD的優異性能使其適用于更廣泛的領域，如低壓移動電子設備、汽車電子、工業控制等對ESD保護要求較高的場合。

通過對比常規ESD和帶回掃ESD的特性曲線圖及其優點，可以看出帶回掃ESD在ESD保護方面具有更出色的性能和應用前景。

IV曲線對比

2、湖南靜芯深回掃產品介紹

湖南靜芯推出集成型四路單向、超低結電容、超低鉗位電壓的Deep SnapBack（深回掃）ESD器件SEUCS10F3V4UB，該產品專為HDMI 2.1接口的高速差分信號線設計。SEUCS10F3V4UB以其更小的容值和更低的鉗位電壓，為高速數據傳輸提供了卓越的保護，確保了信號的完整性和設備的安全性。 SEUCS10F3V4UB為四路單向保護器件，采用DNF2510-10L封裝，具備9V低觸發電壓和3.3V低鉗位電壓特性，滿足20V低壓浪涌（1.2/50us)的過壓保護需求，適合為HDMI2.1高速差分信號線提供優異的瞬態過壓保護效果。（VRWM=3.3/5.0V，VCL = 3.5V@IPP = 8.0A (8/20us) ）。

基本電性圖

TLP曲線圖

I/V曲線圖

HDMI2.1 Eye Pattern 12Gbps PASS

四、HDMI 2.1接口ESD/EOS防護方案

ESD/EOS防護方案

1. SuperSpeed Lane0-3高速差分通道

高速差分信號線，支持高達48Gbps 的超高速視頻信號傳輸速率。由于接口試圖在傳輸大量內容時仍保持極高速度，因此選擇合適的ESD防護器件至關重要。推薦用低結電容0.5PF，小體積DNF2510-10L方便布線,深回掃，低鉗位電壓SEUCS10F3V4UB做靜電保護，確保信號完整性。

2. DDC時鐘和數據通道

DDC時鐘和數據通道的防護采用了集成多路ESD靜電二極管SEUC236T5V4U，可同時保護HDMI2.1的五個引腳免受靜電放電(ESD)和低等級浪涌事件的沖擊與干擾。低結電容0.6PF ,小體積SOT-23-6L,方便布線。

防護方案中所使用ESD型號參數描述：

湖南靜芯深淺回掃型單雙向系列ESD器件工作電壓涵蓋1.0~36V，電流涵蓋4~30A，0.1pF極低電容，封裝涵蓋CSP、FC及各類封裝形式，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發服務，部分型號如下：

部分回掃型ESD器件

在設計服務方面提供片上集成抗雷擊高性能ESD/TVS委托開發設計。