ZHCADB0A April 2018 – November 2023 ESD122 , ESD204 , ESD224 , ESD341 , TPD1E01B04-Q1 , TPD1E04U04 , TPD1E05U06 , TPD2E009 , TPD4E004 , TPD4E02B04 , TPD4E05U06 , TPD4E110 , TPD4S009
高清多媒体接口 (HDMI) 自 2002 年问世以来，一直是用于传输视频和音频数据的常用接口之一。随着 HDMI 标准的每次更新，制造商都可以借助工艺技术的改进增加数据带宽，并在越来越小的芯片组中添加更多特性。不过，随着尺寸减小，HDMI 元件对静电放电等瞬态电压变得越来越敏感。这就需要实施 ESD 保护，以便在不影响高速信号完整性的情况下钳位在非常低的电压。
图 1 HDMI 插座的引脚排列HDMI 连接器（图 1）中具有四对最小化传输差分数字信号 (TMDS) 通道。三个 TMDS 对（TMDS0、TMDS1 和 TMDS2）负责为 HDMI 2.0 每秒传输数百万像素的数据，而 TMDS CL 对提供时钟信号来同步此信息。
除了四个 TMDS 对之外，HDMI 连接器还有六个其他通道：热插拔检测 (HPD) 通道，可检测何时建立连接；消费类电子控制 (CEC) 通道，允许用户通过 HDMI 控制器件；实用通道，用于 HDMI 以太网或音频返回通道；SDA 和 SCL 通道，可提供 I2C 控制；以及最后一个通道，可提供 5V 电源。
为了防止 ESD 故障，可以通过 HDMI 连接器将 5V 工作电压、6 通道 TVS 二极管（如 TPD6E05U06）放置在非 TMDS 通道（5V 电源、SDA、SCL、HPD、CEC 和实用）上。5V 工作电压、单通道 TVS 二极管 (TPD1E05U06) 还提供了布局灵活性。更大限度地减小二极管的电容通常不是问题，因为这些非 TMDS 通道不传输高速数据。
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另外，TMDS 通道传递的差分数据对于 HDMI 2.0 而言可达 18Gbps（每对 6Gbps），每条差分线路上的最大单端工作电压为 3.3V。因此，放置在这些高速布线上的 ESD 保护二极管要求电容足够低，以保持信号完整性并满足 HDMI 合规标准。
由于 TMDS I/O 引脚的敏感性质，必须更大限度地减小钳位电压以实现 TMDS ESD 保护。这种保护是通过选择一个具有超低动态电阻 (RDYN) 的 ESD 二极管来实现的。当出现 ESD 冲击时，该二极管提供一条低阻抗路径，以引导电流远离下游敏感电路。
ESD RDYN 与电容呈反比关系。增加二极管结面积会降低 RDYN，但会增加二极管电容，这可能会降低信号完整性。因此，选择可保护 TMDS 通道但不影响数据传输的 TVS 二极管是一项挑战。不过，ESD224 是一款 4 通道 ESD 保护器件，通过采用 TI 专有的 ESD 工艺技术，能够将 ±8kV IEC ESD 事件钳位到足够的电平，同时保持超低电容。由于有四对 TMDS 通道，因此在通过信号完整性眼图屏蔽测试（图 3）时，两个 ESD224 保护二极管可在 TMDS 布线上提供必要的保护。
ESD224 能够为敏感的 HDMI 2.0 转接驱动器、重定时器和芯片组提供必要的 ESD 钳位保护。例如，BCM7250 是一款 Broadcom HDMI 2.0 SoC，在低瞬态电压下会出现故障：9.15V 和 -5.71V。在图 4 中，100ns 传输线路脉冲 (TLP) 用于确定 ESD 故障电压，因为 100ns 大概为 IEC ESD 脉冲的长度。
图 4 BCM7250 在 ESD 事件期间，在 9.15V 和 -5.71V 下出现故障TVS 二极管可防止正钳位电压超过 9.15V，并防止负钳位电压超过 -5.71V，从而保护 BCM7250 等敏感 HDMI 2.0 SoC 免受 ESD 冲击。图 5 显示，ESD224 通过将 8kV IEC ESD 冲击钳位到 8.1V 并将 -8kV IEC ESD 冲击钳位到 -5V 来提供这种保护。
对于完整的 HDMI 2.0 选项，2 个 ESD224 可以保护 TMDS 通道，6 个 TPD1E05U06 可以保护其他通道。如果不需要 ESD224 的超低钳位性能，则 TPD4E02B04 可以保护 TMDS 通道。
| 器件 | 优化参数 | 性能权衡 |
|---|---|---|
| TPD4E02B04 | 0.25pF 电容、直通式布线 | 钳位电压较高 |
| TPD4E05U06 | 5V 工作电压、直通式布线 | 钳位电压较高 |
| ESD204 | 30kV/30kV IEC 额定值、5.5A 浪涌保护、直通式布线 | 电容较高 |