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DVI静电保护方案

方案简介

DVI接口，全称为Digital Visual Interface（数字视频接口），是一种用于高速传输数字信号的接口标准，专为LCD显示器等数字显示设备设计。DVI接口主要分为DVI-A（模拟接口）、DVI-D（数字接口）和DVI-I（综合接口）三种类型，其中DVI-D接口最为常见，它仅支持数字信号传输，具有传输速度快、信号无衰减、色彩纯净逼真等优点。DVI接口广泛应用于电脑显示器、高清电视和投影仪等领域，是现代数字显示技术中不可或缺的一部分。

DVI接口作为数字视频接口，其内部电路复杂且对信号质量要求高，通常是连接在设备之间，线缆和接口暴露在设备外部，且 需要经常性热插拔，很容易受到ESD静电放电的威胁和破坏。静电放电产生的瞬间高电压和高电流可能直接对DVI接口的电路造成损害，如击穿绝缘层、损坏电子元件等。此外，静电放电还可能引入噪声干扰，影响DVI接口的信号传输质量。本文针对双通道DVI接口采用低电容低钳位电压的ESD静电防护器件 ，在不影响数据传输的前提下满足阻抗要求，让后端的电路得到有效防护。

DVI接口概述

DVI是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)转换最小差分信号技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据(R、G、B中的每路基色信号)通过最小转换编码为10bit数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等)，经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，它和LVDS(低电压差分信号)、TTL(通过镜头)相比有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。DVI接口主要分为3种类型： DVI-A，DVI-D，DVI-I。

DVI-D（DVI-Digital）接口，是纯数字接口，不兼容模拟信号；DVI-D有18个或24个数字插孔+ 1个扁形插孔。

Pin

Signal Assignment

Pin

Signal Assignment

Pin

Signal Assignment

1

T.M.D.S Data2-

9

T.M.D.S Data1-

17

T.M.D.S Data0-

2

T.M.D.S Data2+

10

T.M.D.S Data1+

18

T.M.D.S Data0+

3

T.M.D.S Data2/4 Shield

11

T.M.D.S Data1/3 Shield

19

T.M.D.S Data0/5 Shield

4

T.M.D.S Data4-

12

T.M.D.S Data3-

20

T.M.D.S Data5-

5

T.M.D.S Data4+

13

T.M.D.S Data3+

21

T.M.D.S Data5+

6

DDC Clock

14

+5V Power

22

T.M.D.S Clock Shield

7

DDC Data

15

Ground(for +5V)

23

T.M.D.S Clock+

8

No Connect

16

Hot Plug Detect

24

T.M.D.S Clock-

DVI-I（DVI-Integrated）接口，兼容DVI-I和DVI-D两种插头，兼容数字和模拟信号，有18个或24个数字插孔＋5个模拟信号的插孔。目前，显卡一般采用DVI-I接口，其通过转换接头，可以连接到普通的VGA接口。通常，显示器带两个DVI接口，或者DVI、VGA接口各一个。

Pin

Signal Assignment

Pin

Signal Assignment

Pin

Signal Assignment

1

T.M.D.S Data2-

9

T.M.D.S Data1-

17

T.M.D.S Data0-

2

T.M.D.S Data2+

10

T.M.D.S Data1+

18

T.M.D.S Data0+

3

T.M.D.S Data2/4 Shield

11

T.M.D.S Data1/3 Shield

19

T.M.D.S Data0/5 Shield

4

T.M.D.S Data4-

12

T.M.D.S Data3-

20

T.M.D.S Data5-

5

T.M.D.S Data4+

13

T.M.D.S Data3+

21

T.M.D.S Data5+

6

DDC Clock

14

+5V Power

22

T.M.D.S Clock Shield

7

DDC Data

15

Ground(for +5V)

23

T.M.D.S Clock+

8

Analog Vertical Sync

16

Hot Plug Detect

24

T.M.D.S Clock-

C1

Analog Red

C2

Analog Green

C3

Analog Blue                 

C4

Horizontal Sync Analog

C5

Analog Ground (analog R,G,&B return)

 

 

 

DVI接口的ESD防护

理想的保护器件应兼具低ESD峰值钳位电压和低动态电阻的优越特性，以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。在为DVI接口选择ESD保护器件时我们需要考虑如下要求：

  1. 极低电容

每个链路有6条数据差分线(即D0±，D1±，D2±, D3±,D4±,D5±)，外加一个时钟(CLK±)。对于单个链路，每条链路上的最大吞吐量可接近4.95Gbps或1.65Gbps;对于双链路，每条链路上的最大吞吐量可达到总共8Gbps或2.67Gbps。为了保持信号的完整性，必须使用非常低电容的器件、

  1. 工作电压

保护二极管的反向工作电压 (VRWM)必须大于受保护系统的工作电压。

  1. 漏电流

经过若干次ESD冲击后，防护性能不退化且泄漏保持在较低水平

  1. 封装

PCB设计层面，对布线进行优化，实现高效封装布局。每个端口需要8个保护通道。

  1. IEC 61000-4-2 等级

IEC 61000-4-2 测试标准定义了实际的 ESD 冲击。该标准包含两项测量:接触放电和空气放电。接触和空气等级越高，器件能够承受的电压就越高。

应用方案

我们以双通道DVI-I接口为例，推荐两款电气特性相似的十引脚集成式ESD防护器件，专为保护该接口的高速差分线路而设计，可同时保护四条差分数据线，型号分别为SEUC10F5V4U和SEUC10F5V4UB。集成式器件的流通式封装设计简化了 PCB 布局，减少布线过程中的不连续性，促进了信号完整性和系统稳定性的提升。两款器件的工作电压为 5 V，钳位电压为12V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，可在±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。SEUC10F5V4UB的电容较低，客户可根据线路实际情况进行选择。

其他通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U，可同时保护的五个引脚免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。它的工作电压为 5 V，结电容仅有0.6pF，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±17kV（空气）和 ±12kV（接触）下提供瞬变保护。

 

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容(pF)

封装

SEUC10F5V4U

Uni.

5

4.5

12

0.6/0.3

DFN2510-10L

SEUC10F5V4UB

Uni.

5

3

12

0.4/0.2

DFN2510-10L

SEUC236T5V4U

Uni.

5

4.5

12

0.6

SOT-23-6L

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameters

Symbol

conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

Reverse stand-off voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT= 1mA

6.0

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Peak Pulse Current

IPP

TP=8/20us@25℃

 

 

4.5

A

Clamping Voltage

VCL

IPP=1A; TP=8/20us

 

9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VCL

IPP=4.5A; TP=8/20us

 

12.0

15.0

V

Junction capacitance

CJ

I/O pins to ground;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.6

 

pF

Between I/O pins;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.3

 

表1 SEUC10F5V4U电气特性表

 

Parameters

Symbol

conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

Reverse stand-off voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT= 1mA

6.0

7.5

8.5

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Clamping Voltage

VCL

IPP=1A; TP=8/20us

 

9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VCL

IPP=3A; TP=8/20us

 

12.0

15.0

Junction capacitance

CJ

I/O pins to ground;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.4

0.5

pF

Between I/O pins;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.2

0.25

表2 SEUC10F5V4UB电气特性表

 

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.0

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=4.5A; tp=8/20us

 

12.0

15.0

V

Junction Capacitance

CJ

I/O to GND; VR=0V; f=1MHz

 

0.6

1.0

pF

Between I/O; VR=0V; f=1MHz

 

0.3

0.5

表3 SEUC236T5V4U电气特性表

 

总结与结论

尽管随着技术的不断进步和新型接口的普及，DVI接口在日常生活中的重要性正在逐渐降低，被HDMI和DisplayPort等更先进的接口所取代，但仍然具有一定的重要性和应用价值，保护DVI接口免受ESD静电损害是保持系统稳定运行的关键环节。

ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护DVI接口的优选之策，确保影像的正常显示。