HDMI2.1 ESD防護方案

        電子產品上可用於傳送影音資料的端口眾多，例如: Display Port、CVBS、HDMI…等，其中又以HDMI介面的應用最為普及，像筆記型電腦、電視、機頂盒…等，都可觀察到HDMI介面的存在。 

        HDMI協會於2017年發佈了HDMI2.1的規範，HDMI2.1的高速影音訊號(TMDS)的傳輸速度由原先HDMI2.0的18Gbps提高至48Gbps，解析度也從4K提升至8K。在高速影音訊號差動對(TMDS Pairs)的傳輸方式上，HDMI2.0是由三組TMDS Data Pairs (Data0, Data1, Data2)差動訊號和一組TMDS Clock Pair 所組合而成(如圖一所示)，而HDMI2.1則是使用跟Display port架構類似的FRL(Fixed Rate Link)模式傳輸技術，將4組高速差動訊號都定義成Data lane(Lane0, Lane1, Lane2, Lane3)，再由訊號中分離出Clock，這樣的架構可以將傳輸速率提升(如圖二所示)。此外，HDMI2.1的主晶片製程也較HDMI2.0更加先進，對ESD的耐受度也會相對降低。

        在音訊部分，也增加了eARC 功能，從原本只用Pin14的Common mode傳輸架構(ARC)變成使用Pin14 and Pin19差動對傳輸架構，傳輸速度也從原本的1Mbit/s提高至37Mbit/s，藉以提供更佳的聲音品質。   

        在電子產品開發設計時(例如STB，Monitor，筆記型電腦)，許多品牌廠為了防止使用者端因插拔過程中產生的ESD能量而導致HDMI 訊號異常的問題，在產品ESD(IEC61000-4-2)驗證時，除針對機構或接口連接器部分進行空氣放電及接觸放電測試外，亦會直接對HDMI端口訊號線進行direct pin injection的靜電放電測試 (目前最高已有測至8kV)，用此來模擬使用者插拔Cable所產生的ESD現象，藉此來降低市場端客退的問題。但在這樣嚴苛的測試條件下，一般的主晶片可能無法承受，故需要在HDMI端口加上ESD保護元件，來防止此問題產生以及通過ESD測試。   

        目前在HDMI 2.1端口高速差動訊號ESD防護方面，晶焱科技建議的方案為DFN2510P10E封裝的四通道防護元件AZ1123-04F為。這樣的設計在PCB走線上非常方便，其元件的寄生電容值為0.2pF(Typ.)，單體可耐受IEC 61000-4-5 Surge (8/20ms)的能量約6.5A。而在靜電防護元件最重要的箝位電壓 (Clamping Voltage) 參數方面，從圖三 AZ1123-04F TLP I-V特性曲線可發現其箝位電壓在16A(ESD 8kV)時僅約為10V 。

        而在HDMI低速訊號線(SDL/SDA/HPD/Pin 14)的防護方面，建議採用SOT23-6L封裝的AZC199-04S，其單體可耐受IEC 61000-4-5 Surge (8/20ms)的能量約6A，ESD的箝位電壓在16A時僅為11V(如圖四所示)。

        若另還有使用CEC訊號線，推薦DFN1006P2X封裝的AZ5123-01F進行防護，其ESD的箝位電壓在16A時僅為7V(如圖五所示)，當有ESD能量來臨時，可更有效的防護系統。

圖六. HDMI2.1 ESD 防護對策