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ESD保护技术白皮书(二)
tvb2058 | 2007-12-16 08:45:11    阅读:2359   发布文章

如图1所示,三对TMDS数据线的频带要宽到能够传送和接收的数据速度最高为10.2 Gbps。因此,这三对TMDS数据线一定要能够以10.2 Gbps/ 3 × 3.4 Gbps(或者GHz)的速度传送信号。

 

为了说明每对实际的TMDS线的数据传送速度,在表3中把表2中的信息和每一对TMDS数据线的速度以及对应的信号时钟速度放在一起。

 

设计人员一般也会注意到,在HDMI 1.3标准中,TMDS时钟的速度是340 MHz,比传送数据或者传送信号的速度低很多。对于标准的频色深度,即每个像素为24位时,在每对TMDS数据线上传送的数据等于每个像素的编码位数30位。因此,在三路TMDS通道中,在‘系统’时钟的一个周期内,每一路必须传送10位。所以,信号的时钟和数据速度等于‘系统’的TDMS时钟速度的十倍。此外,在颜色深度较深时,信号的时钟速度较高,以便传送每个像素的更多编码位数。连接线的数据传送速度、TDMS信号的速度,以及‘系统’的TDMS时钟速度之间的关系列于表4。

 

表3:TDMS传送信号的速度与时钟的速度。
表3:TDMS传送信号的速度与时钟的速度。

 

表4: TMDS传送信号的速度和‘系统’的TMDS时钟速度。
表4: TMDS传送信号的速度和‘系统’的TMDS时钟速度。

 

在这里作一个小结:HDMI运行的速度取决于发送器和接收器的能力,以及信号源的分辨率和颜色深度。每对TDMS数据线的速度最高是3.4 GHz。

 

在HDMI系统中增加ESD保护时在时基信号/性能方面的考虑

 

在HDMI 系统中增加ESD保护时,要考虑到增大了的电容和电感对高速TMDS数据线上所用器件的时基信号的影响。当各对TMDS数据线工作在3.4 GHz时,在连接线上增加一点点阻抗都会引起信号产生畸变,结果是:
.更难满足眼图中对上升时间和电平的要求
.对电路板设计的约朿增多
.系统的性能较差

 

为了减少时基信号对这些高速线路的影响,关于ESD保护器件,在技术上有关键性的四点要考虑到:
电容小
插入损失小
频率变化时电容保持稳定
做好电路板的设计,能在3.4 GHz运作,并有余量

 

1. 电容小

 

HDMI的时基信号的性能一般是通过眼图来测定的──眼图是分析时基信号的工具,它能够精确地显示时基信号和电平的误差。在眼图中间的灰色地带代表HDMI 1.3规范的要求。随着眼图中的线条接近灰色地带,允许的误差余量就越小。利用眼晴的宽度可以很好地测定数据线的时基稳定程度,而且可以看到是否存在误差。眼晴的高度表示信号的电平,或者振幅。

 

由于?HDMI的各对TMDS连接线路上的信号是差动的,很重要的一点是减少两条线之间的电容和信号对地的电容,从而保证信号的上升时间和下降时间在规定的范围之内。最好是,电容要尽量小,这样给设计人员留下的余地就更大。

 

泰科电子的PESD的电容是0.25 pF,工作在3.4 GHz时的眼图如图2所示。

 

图2:泰科电子的PESD的电容是0.25 pF,图中是它工作在3.4 GHz时的眼图。
图2:泰科电子的PESD的电容是0.25 pF,图中是它工作在3.4 GHz时的眼图。

 

在这个眼图中我们看到,当工作HDMI 1.3标准规定的3.4 GHz时,上升时间、下降时间和信号电平之间有一定余量。当工作较低的速度时,眼图“干凈”得多,余量增大,可以放宽设计的约朿。

 

图3:硅半导体ESD保护器在2.25 GHz时的眼图。
图3:硅半导体ESD保护器在2.25 GHz时的眼图。

 

如图3所示,硅半导体ESD保护器件的电容大很多。虽然在2.25 GHz或者在1.48 GHz时,它的眼图符合1080p的36位和24位颜色深度的要求,但是,即使是在这样的速度下,它们不符合HDMI 1.3标准的要求。这样在设计电路板时会受到约朿。

 

2. 插入损失小

 

插入损失很重要,它衡量信号随着频率而产生的衰减。插入损失越大,器件和系统的频带就越窄,为了满足对眼图的要求,在设计方面,受到的限制就会增多。

 

图4:泰科电子的PESD保护器件(电容为0.25 pF)与电容为0.7 pF的半导体ESD保护器件的插入损失。
图4:泰科电子的PESD保护器件(电容为0.25 pF)与电容为0.7 pF的半导体ESD保护器件的插入损失。

 

在图4中比较了泰科电子的PESD器件和普通的0.7 pF硅半导体ESD保护器件的插入损失。即使在频率为3.4 GHz──HDMI 1.3规定的最高速度时,泰科电子的PESD器件的插入损失也微乎其微。普通的0.7 pF硅半导体保护器件在2.25 GHz(颜色深度为36位的1080p格式的速度)时,明显地看到曲线下降,对HDMI TMDS信号电平的影响超过3 dB。在3.4 GHz全速时,分辨率更高、颜色深度深度,这时,用硅半导体进行ESD保护引起的信号衰减超过了6 dB,而信号电平则下降了超过一半。

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