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DP 2.0接口静电保护方案

方案简介

DP接口，全称是DisplayPort，是一种用于数字视频和音频传输的计算机显示接口标准。该接口由PC及芯片制造商联盟开发，旨在取代传统的VGA、DVI等接口，提供更加高效、高质量的视频和音频传输。广泛应用于电脑、笔记本电脑、显示器、电视和投影仪等数字显示设备上。它可以传输高清视频和音频信号，适用于办公、游戏、设计和娱乐等多种场景。DP2.0协议最大支持16K（15360*8460）的超强分辨率和80 Gbps的原始带宽，是DP1.4带宽的2.5倍；同时DP2.0使用了最新的编码协议，新标准的带宽利用率高达97%，有效带宽峰值为77.4 Gbps，约是DP1.4有效带宽的3倍。

由于DP接口在系统上是外露给使用者随时可以插拔的接口，最普遍的应用就是随插即用、随拔即关，然而这个热插拔动作却也经常是造成电子系统工作异常、甚至造成后续电路毁坏的元凶，所以在端口设计时常常考虑使用器件对接口进行静电保护，以确保在能稳定可靠地工作。普通的防护方案或许会对数据的传输造成一定影响，随着消费类电子产品需求的持续增长，对ESD保护器件性能加强的需求也越来越强烈。静芯微系列产品可以充分满足客户的设计要求。

 

DP 2.0接口引脚配置

Pin

名称

定义

Pin

名称

定义

1

ML_Lane0(p)

通道0的差分正信号

11

GND

接地

2

GND

接地

12

ML_Lane3(n)

通道3的差分负信号

3

ML_Lane0(n)

通道0的差分负信号

13

GND

接地

4

ML_Lane1(p)

通道1的差分正信号

14

GND

接地

5

GND

接地

15

AUC_CH(p)

附属通道的差分正信号

6

ML_Lane1(n)

通道1的差分负信号

16

GND

接地

7

ML_Lane2(p)

通道2的差分正信号

17

AUC_CH(n)

附属通道的差分负信号

8

GND

接地

18

Hot Plug

热插拔检测

9

ML_Lane2(n)

通道2的差分负信号

19

DP_PWR Return

接头电源回复

10

ML_Lane3(p)

通道3的差分正信号

20

DP_PWR

接头电源

 

深回扫型ESD介绍

回扫特性ESD防护器件具有超小封装体积、超低钳位电压、超低结电容特性，相比常规工艺 TVS 防护效果更优，且不影响信号完整性，可更有效保护USB端口免受瞬态过电压的影响，为相关电子产品设备加固防护，提升消费者使用体验。

常规型ESD的电压会随着IPP（峰值脉冲电流）的增加而等比例增加，呈现出一个较为线性的增长趋势。而深回扫型ESD器件在当电压达到VT（触发电压）后会瞬间将两端的钳位电压拉低，进入一个小于工作电压VRWM的较低电压VHOLD,之后随着电流的增加电压逐渐增大。

其相较于常规ESD器件的优点有：

  1. 更低的钳位电压：在相同的IPP下，带回扫ESD的VC（钳位电压）比常规ESD器件低50%以上。这种低钳位电压有助于提前释放能量，更有效地保护集成电路（IC）及整个电路的安全；
  2. 更低的漏电流：这类ESD器件具有更低的漏电流，有助于降低设备的功耗，实现更节能的设计；
  3. 更广泛的应用范围：带回扫ESD的优异性能使其适用于更广泛的领域，如低压移动电子设备、汽车电子、工业控制等对ESD保护要求较高的场合。

通过对比常规ESD和带回扫ESD的特性曲线图及其优点，可以看出带回扫ESD在ESD保护方面具有更出色的性能和应用前景。

 

应用方案

我们为DP接口提供了两种ESD静电防护器件，专为保护该接口的高速差分线路而设计，型号分别为SEUCS2Z3V1B和SEUC236T5V4U。分立器件减少了生产成本，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。

其中SEUCS2Z3V1B为回扫型ESD保护器件，结电容仅有0.2pF，可对单路高速数据线进行静电防护，可以使用八个SEUCS2Z3V1B来保护四对Lane通道。它的工作电压为 3.3 V，钳位电压为仅为5V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±15kV（接触）下提供瞬变保护。

低速差分通道和热插拔通道的防护采用了集成多路ESD静电二极管SEUC236T5V4U，可同时保护DP接口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

SEUCS2Z3V1B

Bi

3.3

9

5

0.2

CSP0603-2L

SEUC236T5V4U

Uni.

5

4.5

15

0.6

SOT-23-6L

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

3.3

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.0

8.8

10.0

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=3.3

 

1

100

nA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

1

 

V

Clamping Voltage

VC

IPP=9A; tp=8/20us

 

5

 

V

Clamping Voltage

VC

Ipp=16A，tlp=100ns

 

6

 

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz

 

0.2

0.25

pF

表1 SEUCS2Z3V1B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2 SEUC236T5V4U电气特性表

总结与结论

随着科技的发展和高清显示需求的不断增加，DP接口在显示设备连接领域越来越重要，保护其免受ESD静电损害极为关键。ELECSUPER SEMI研发各种等级电容的ESD和TVS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，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护音视频转换器DP接口的优选之策，确保音视频转换的有序与稳定。