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DVI接口静电保护方案

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描述

DVI接口静电保护方案

ESD静电放电的威胁和破坏。静电放电产生的瞬间高电压和高电流可能直接对DVI接口的电路造成损害,如击穿绝缘层、损坏电子元件等。此外,静电放电还可能引入噪声干扰,影响DVI接口的信号传输质量。本文针对双通道DVI接口采用低电容低钳位电压的ESD静电防护器件 ,在不影响数据传输的前提下满足阻抗要求,让后端的电路得到有效防护。

DVI接口概述

DVI是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)转换最小差分信号技术来传输数字信号,TMDS运用先进的编码算法把8bit数据(R、G、B中的每路基色信号)通过最小转换编码为10bit数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等),经过DC平衡后,采用差分信号传输数据,它和LVDS(低电压差分信号)、TTL(通过镜头)相比有较好的电磁兼容性能,可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。DVI接口主要分为3种类型: DVI-A,DVI-D,DVI-I。

DVI-D(DVI-Digital)接口,是纯数字接口,不兼容模拟信号;DVI-D有18个或24个数字插孔+ 1个扁形插孔。

DVI

 

Pin Signal Assignment Pin Signal Assignment Pin Signal Assignment
1 T.M.D.S Data2- 9 T.M.D.S Data1- 17 T.M.D.S Data0-
2 T.M.D.S Data2+ 10 T.M.D.S Data1+ 18 T.M.D.S Data0+
3 T.M.D.S Data2/4 Shield 11 T.M.D.S Data1/3 Shield 19 T.M.D.S Data0/5 Shield
4 T.M.D.S Data4- 12 T.M.D.S Data3- 20 T.M.D.S Data5-
5 T.M.D.S Data4+ 13 T.M.D.S Data3+ 21 T.M.D.S Data5+
6 DDC Clock 14 +5V Power 22 T.M.D.S Clock Shield
7 DDC Data 15 Ground(for +5V) 23 T.M.D.S Clock+
8 No Connect 16 Hot Plug Detect 24 T.M.D.S Clock-

 

DVI-I(DVI-Integrated)接口,兼容DVI-I和DVI-D两种插头,兼容数字和模拟信号,有18个或24个数字插孔+5个模拟信号的插孔。目前,显卡一般采用DVI-I接口,其通过转换接头,可以连接到普通的VGA接口。通常,显示器带两个DVI接口,或者DVI、VGA接口各一个。

DVI

 

Pin Signal Assignment Pin Signal Assignment Pin Signal Assignment
1 T.M.D.S Data2- 9 T.M.D.S Data1- 17 T.M.D.S Data0-
2 T.M.D.S Data2+ 10 T.M.D.S Data1+ 18 T.M.D.S Data0+
3 T.M.D.S Data2/4 Shield 11 T.M.D.S Data1/3 Shield 19 T.M.D.S Data0/5 Shield
4 T.M.D.S Data4- 12 T.M.D.S Data3- 20 T.M.D.S Data5-
5 T.M.D.S Data4+ 13 T.M.D.S Data3+ 21 T.M.D.S Data5+
6 DDC Clock 14 +5V Power 22 T.M.D.S Clock Shield
7 DDC Data 15 Ground(for +5V) 23 T.M.D.S Clock+
8 Analog Vertical Sync 16 Hot Plug Detect 24 T.M.D.S Clock-
C1 Analog Red C2 Analog Green C3 Analog Blue                 
C4 Horizontal Sync Analog C5 Analog Ground (analog R,G,&B return)    

 

 

DVI接口的ESD防护

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。在为DVI接口选择ESD保护器件时我们需要考虑如下要求:

1.   极低电容

每个链路有6条数据差分线(即D0±,D1±,D2±, D3±,D4±,D5±),外加一个时钟(CLK±)。对于单个链路,每条链路上的最大吞吐量可接近4.95Gbps或1.65Gbps;对于双链路,每条链路上的最大吞吐量可达到总共8Gbps或2.67Gbps。为了保持信号的完整性,必须使用非常低电容的器件、

2.   工作电压

保护二极管的反向工作电压 (VRWM)必须大于受保护系统的工作电压。

3.   漏电流

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

4.  封装

PCB设计层面,对布线进行优化,实现高效封装布局。每个端口需要8个保护通道。

5.   IEC 61000-4-2 等级

IEC 61000-4-2 测试标准定义了实际的 ESD 冲击。该标准包含两项测量:接触放电和空气放电。接触和空气等级越高,器件能够承受的电压就越高。

应用方案

DVI

我们以双通道DVI-I接口为例,推荐两款电气特性相似的十引脚集成式ESD防护器件,专为保护该接口的高速差分线路而设计,可同时保护四条差分数据线,型号分别为SEUC10F5V4U和SEUC10F5V4UB。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。两款器件的工作电压为 5 V,钳位电压为12V,符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范,可在±15kV(空气)和 ±8kV(接触)下提供瞬变保护。SEUC10F5V4UB的电容较低,客户可根据线路实际情况进行选择。

其他通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U,可同时保护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0.6pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范,在 ±17kV(空气)和 ±12kV(接触)下提供瞬变保护。

型号参数

 

规格型号 方向 工作电压(V) IPP(A) 钳位电压(V) 结电容(pF) 封装
SEUC10F5V4U Uni. 5 4.5 12 0.6/0.3 DFN2510-10L
SEUC10F5V4UB Uni. 5 3 12 0.4/0.2 DFN2510-10L
SEUC236T5V4U Uni. 5 4.5 12 0.6 SOT-23-6L

 

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

 

Parameters Symbol conditions Min. Typ. Max. Unit
Reverse stand-off voltage VRWM       5.0 V
Reverse Breakdown Voltage VBR IT=   1mA 6.0     V
Reverse Leakage Current IR VRWM=5V     1.0 uA
Peak Pulse Current IPP TP=8/20us@25℃     4.5 A
Clamping Voltage VCL IPP=1A; TP=8/20us   9.0 11.0 V
Clamping Voltage VCL IPP=4.5A;   TP=8/20us   12.0 15.0 V
Junction   capacitance CJ I/O   pins to ground;
VR=0V;   f = 1MHz
  0.6   pF
Between   I/O pins;
VR=0V;   f = 1MHz
  0.3  

 

表1 SEUC10F5V4U电气特性表

 

 

Parameters Symbol conditions Min. Typ. Max. Unit
Reverse stand-off voltage VRWM       5.0 V
Reverse Breakdown Voltage VBR IT=   1mA 6.0 7.5 8.5 V
Reverse Leakage Current IR VRWM=5V     1.0 uA
Clamping Voltage VCL IPP=1A; TP=8/20us   9.0 11.0 V
Clamping Voltage VCL IPP=3A;   TP=8/20us   12.0 15.0
Junction capacitance CJ I/O pins   to ground;
VR=0V;   f = 1MHz
  0.4 0.5 pF
Between I/O   pins;
VR=0V;   f = 1MHz
  0.2 0.25

 

表2 SEUC10F5V4UB电气特性表

 

Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Units
Reverse Stand-off Voltage VRWM       5.0 V
Reverse Breakdown Voltage VBR IT=1mA 6.0     V
Reverse Leakage Current IR VRWM=5V     1.0 uA
Clamping Voltage VC IPP=1A; tp=8/20us   9.0 11.0 V
Clamping Voltage VC IPP=4.5A; tp=8/20us   12.0 15.0 V
Junction Capacitance CJ I/O to GND; VR=0V; f=1MHz   0.6 1.0 pF
Between I/O; VR=0V; f=1MHz   0.3 0.5

 

表3 SEUC236T5V4U电气特性表

总结与结论

尽管随着技术的不断进步和新型接口的普及,DVI接口在日常生活中的重要性正在逐渐降低,被HDMI和DisplayPort等更先进的接口所取代,但仍然具有一定的重要性和应用价值,保护DVI接口免受ESD静电损害是保持系统稳定运行的关键环节。

ELECSUPER SEMI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DVI接口的优选之策,确保影像的正常显示。

审核编辑 黄宇

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