高频数据传输接口电路保护方案设计

高频数据传输接口电路保护方案设计

IC制程技术的不断发展、高速数据传输接口的大行其道，使得相关的ESD防护变得日益困难。对更快处理速度和更高功能密度的强烈需求，推动IC制造者进一步缩减MOS元件的最小尺寸，尤其当制造技术转向90nm以下时，IC芯片体积越来越小、密度越来越高、功能越来越复杂，而其使用的电磁环境却日趋严酷，也使其更易遭受ESD、过压及过流的损害。同时，各种高速接口的持续发展，特别是便携式多媒体设备的高速成长，使得数据的高速传输成为必然。而怎样才能在保护接口安全的同时保证数据的高速传输，已然成为高频数据接口面对的难题。

新型 DisplayPort接口也正在被许多个人电脑、监视器、投影仪以及其他显示内容(播放)源设计所采用。DisplayPort接口在高达 2.7Gbps的速率下工作，这比原来的视频/多媒体互联标准高得多，因此也面临着同样的挑战。硬盘驱动器、电脑和机顶盒厂家正在向E-SATA (外部串行ATA)标准看齐，把它作为在存储设备之间传递视频的快速方式，最新SATA3.0标准最新定义的最高传输带宽将高达6Gbps。E-SATA 技术对ESD的需求与HDMI及DisplayPort十分相似，E-SATA的热插拔性质使得高等级ESD保护变得尤为关键。

可见，对于设计人员来讲，高速接口电路保护设计的复杂性及难点来自于工作速度，很多设计人员对于各种各样的速度表达方式感到无从下手。

DisplayPort标准规定了两种工作速度：1.62GHz和2.7GHz。设计人员可以根据具体用途和成本因素选择较低的工作速度，而较高的速度可以使刷新速度更快、分辨率更高、颜色深度更丰富。

有些情况下也有可能实现具备两种速度的设计。最新USB 3.0规范大大增加了对低电容ESD器件的需求。USB 3.0在现有USB 2.0上增加了两个高速差分信号对。由于收发差分信号对最高可在5GHz下工作，USB 3.0要求信号比DisplayPort快50%。按照这种速度，任何附加电容都会影响眼图，从而影响与USB 3.0规范的相符性。

选择合适的ESD保护器件

图2展示了泰科电子0.25pF PESD器件在3.4GHz下工作(HDMI 1.3)的眼图性能，如图所示，当接口传输速度高达HDMI1.3定义的最高3.4GHz时，采用泰科电子PESD静电保护元件的信号在传输过程中，在信号上升时间、下降时间以及信号电平上都有足够裕量，能够保证数据正常传输不受影响。

覆盖较宽频率范围的低插入损耗和稳定的电容，也对实现保护充分、节省成本和信号衰减最小这一最终目标具有重要影响。插入损耗是衡量信号衰减-频率关系的一个重要指标。插入损耗过高会降低设备和系统带宽，对满足眼图电平带来额外的设计约束。

泰科电子的PESD相对于其它的聚合物ESD保护器件，具有较低触发电压和箝位电压、耐受ESD冲击、寿命长等特点；SESD相对于聚合物PESD 元件，电容略高(0.6pF)，但其触发电压与箝位电压相对更低，对于极其敏感的IC具有更好的防护作用。泰科电子推出的这两款产品可以完全覆盖高速数据传输接口的保护，设计者可以根据保护等级、接口电路的工作频率、元件尺寸、成本以及实现的便利性等进行选择。这两个系列的产品采用了电子工业中最为流行的 0603、0402以及目前最小的0201封装，符合RoHS严格要求，能够帮助机顶盒敏感电路、手提电脑、手机和其它便携式设备免ESD侵害。

图5 典型HDMI接口电路保护方案设计-ESD与过流保护

图6 典型DisplayPort接口电路保护方案设计-ESD与过流保护

图7 典型USB3.0 电路保护方案设计-ESD,过流越过压保护

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