【应用】超低结电容的矽航高速信号ESD防护芯片XE10NLC5VU成功用于HDMI接口防护，降低了产品故障率

时间： 2020-07-04 来源：世强

技术问答

HDMI接口是目前主流的一个音视频传输接口，广泛的应用于各种终端产品。现在的CPU方案的集成度都很高，通常内部都集成了HDMI PHY芯片，客户在开发产品的时候，可直接从CPU输出HDMI信号到接口插座。HDMI是高速信号，容易受到外部的ESD、EFT等信号的影响，轻则影响产品功能，重则直接导致CPU损坏，因此就需要在接口处增加一级ESD/EFT防护，保证产品在正常使用过程中能承受一定量的外部干扰信号。

公司的一款智能终端产品在上市了大半年之后，陆续有收到客户的维修机器，其中故障率比较高的是HDMI无显现象，经确认这些HDMI无显机器大部分是ESD防护器件损坏了，部分是CPU也跟着坏了。当初这款产品在设计阶段选择的ESD防护器件的等级是IEC 61000-4-2 (ESD)空气放电±15KV、接触放电±10KV；在目前不修改PCB的情况下，最好能找一颗防护等级更高的同封装器件直接替代；经过采购部和代理商的推荐，我们找到了矽航的一颗ESD防护芯片 XE10NLC5VU，该芯片的ESD防护等级是IEC 61000-4-2 (ESD)空气放电±30KV、接触放电±30KV，而且脚位和封装完全兼容旧的防护芯片，可直接替代。经过ESD和信号眼图测试，都能符合公司标准，产品投放市场进行验证，一段时间之后的HDMI故障率明显降低。如下是该部分的原理图。

图1.HDMI接口的ESD防护原理图

图中在HDMI接口处使用矽航的ESD防护芯片XE10NLC5VU，借助其较高的ESD防护等级提高了产品的抗ESD能力，减少损坏；串接的共模电感是为了减少HDMI信号对外部环境的辐射，更好通过辐射方面的认证。在layout的时候，请将这部分器件尽量放置到接口附近，保证外部的干扰信号一进来就能迅速的被该器件吸收，具体的可以参考下图2。

XE10NLC5VU芯片的ESD防护等级是IEC 61000-4-2 (ESD)空气放电±30KV、接触放电±30KV，该参数比产品前期用的旧物料高很多；经过公司内部的实验室测试，指标提升明显，更有利于减少产品在使用过程中的热拔插或者一些其他的外部干扰信号带来的损坏情况。

HDMI信号是高速信号，对连接到其信号链路上的任何器件，都可能会引起阻抗突变，影响信号的完整性。XE10NLC5VU的I/0对地的结电容典型值为0.65pF，较小的结电容有利于HDMI信号的正常传输，我们实验室也实际测试了HDMI信号在1080P分辨率下的眼图指标，具体如下图3，眼图指标很好，该芯片对HDMI信号的影响很小。

产品的使用环境不同，外部的干扰信号也会比较复杂，包括ESD、EFT和浪涌等。XE10NLC5VU芯片不仅对ESD的防护做得很好，对EFT和浪涌也有不错的防护能力，它的峰值脉冲功率达到了100W（t_p=8/20μs）。

图2. ESD防护器件布局图

图3. HDMI接口的信号眼图测试

HDMI终端产品通过使用矽航的XE10NLC5VU芯片提升了ESD防护等级，低结电容参数保证了信号的完整性，实测眼图指标优秀。产品经过市场的验证，HDMI接口的故障率明显降低，提升了产品品质。

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产品型号	品类	封装	VRWM(V)	Cj(pF)	箝位电压(VC)	峰值脉冲电流Ipp(A)	峰值脉冲功率(W)(tP=8/20μS)	ESD(kV)	工作温度(℃)	最小包装
XE0603NC5VB	双向ESD保护二极管	DFN0603-2L	5V	14pF	12VC	8A	80W	±30kV(air),±30kV(contact)	-55℃ to +125℃	10000

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