Защита от электростатического разряда hdmi
Обновлено: 30.06.2024
В число факторов, которые чаще всего становятся причинами выхода из строя электронного оборудования, входят EOS (электрические перегрузки), ESD (электростатический разряд), EMI (электромагнитные помехи) и тепловой удар. В данной статье речь пойдет исключительно об электростатическом разряде.
Все специалисты, ведущие работы с электронными компонентами, должны знать, что они уязвимы для статического электричества, которое в свою очередь с помощью ЭСР (электростатического разряда) поражает компоненты, вследствие чего они перестают выполнять свои функции и теряю ценность.
В связи с риском потери работоспособности компонентов разработчики микросхем и электронных систем стали уделять больше внимания борьбе с электростатическими разрядами и электромагнитными помехами. Стремительное развитие портативных электронных устройств, включающих импульсные источники питания и высокочастотные передатчики и приемники, обострило проблему борьбы с этими факторами. Миниатюризация современных электронных компонентов и их высокая стоимость дополнительно увеличила риск отказов оборудования.
Чувствительность устройств к электростатическим разрядам зависит от используемой технологии. Для MOSFET-устройств разрушающий потенциал лежит в диапазоне 10–100 В, для биполярных устройств это значение составляет 300–7000 В, а для КМОП-устройств 150–3000 В. Разумеется, выбор используемой технологии необходимо осуществлять, ориентируясь на условия эксплуатации конечного оборудования.
В таблице приведены потенциальные причины отказа некоторых компонентов вследствие влияния ЭСР.
Тип устройства
Наблюдаемый отказ
Возможные причины отказа
Повреждение тонких оксидных слоев пленок.
Пробой диэлектрика вследствие ЭСР
Разрушение слоев металлизации
Электростатический разряд, коррозия, электрическая или тепловая перегрузка
Разрыв оксидной пленки в электролитических конденсаторах
Приложение мощного электрического поля
Факторы окружающей среды, вызывающие электростатический разряд
Электростатические разряды (ЭСР) возникают вокруг нас сотни раз в день, но люди не способны заметить явления, связанные с электростатическим разрядом и находящиеся вне порога человеческой чувствительности 20 000 В.
ЭСР представляет собой быстрый поток электронов между двумя предметами, обладающими различным зарядом. Источником энергии для нарушения электронного равновесия обычно служит либо электронное возбуждение, либо индукция.
Явление переноса электронов в результате электронного возбуждения называется трибозарядкой.
Трибозарядка возникает, когда два объекта отделяются друг от друга, сюда относятся простые виды движения, такие как проход через сборочный участок, извлечение пленки из пакета, демонтаж интегральной схемы из корпуса или подбор кассеты для полупроводниковых пластин со стола. Объем статического электричества, вырабатываемого в ходе трибозарядки, зависит от атомной организации участвующих в процессе объектов. Объекты, изготовленные из материалов, которые отстоят далеко друг от друга в трибоэлектрическом ряду, будут осуществлять более мощную трибозарядку, нежели материалы, расположенные близко друг к другу в трибоэлектрическом ряду. К числу других факторов, влияющих на уровень трибозарядки, принадлежат относительная влажность, время контакта и сила контакта.
Индукция возникает, если объект поместить в сильное магнитное или электрическое поле. Экраны компьютеров и крупное оборудование часто создают мощные электрические поля, которые могут формировать статические заряды.
Исходя из вышеперечисленного, можно составить список основных причин возникновения статического электричества:
- Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
- Резкий температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).
- Радиация с высокими значениями энергии, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля (нерядовые для промышленных производств).
- Операции по резке (например, на раскроечных станках или бумагорезальных машинах).
- Наведение — вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля.
Простые и безобидные на первый взгляд действия человека, например, касание руками синтетической обивки стула или одежды, перемещение его по полу с ковровым покрытием, могут привести к появлению высокого электрического потенциала на теле.
В условиях повышенной влажности из-за увеличения проводимости на поверхности объектов возникают дополнительные пути утечки заряда, и электростатический эффект несколько уменьшается. Таким образом, наличие сухого воздуха повышает риск повреждения компонентов электростатическими разрядами, а повышенная влажность, наоборот, его снижает.
Чувствительные компоненты должны быть защищены во время и после производства, в ходе транспортировки и сборки устройства, а также в готовом устройстве. Заземление особенно важно для эффективного управления ЭСР.
Основные способы защиты электронных компонентов от ЭСР
Некоторые меры защиты оборудования от электростатических разрядов разработчики закладывают уже на этапе проектирования электронных схем.
К ним следует отнести введение специальных защитных устройств в наиболее критические точки схемы; оптимизацию проекта печатной платы с целью уменьшения длин проводников и предотвращения возникновения паразитных петель, правильный выбор используемой компонентами технологии и экранировку схемы от внешних электрических полей.
Стандарты защиты устройств от электростатики
Эволюция потребительской электроники продолжается: появились ЖКД-телевизоры, смартфоны, планшеты, электронные книги, телевизионные приставки, игровые консоли, цифровые видеокамеры, аудиоплееры и другие устройства.
Но, несмотря на такое разнообразие, в этих устройствах часто используются одни и те же порты или межсоединения. Поскольку такие устройства сопрягаются с внешним оборудованием, эти межсоединения требуют защиты от электростатического разряда.
Почти во всех потребительских изделиях применяются следующие функции и блоки:
- вход/выход переменного тока;
- вход/выход постоянного тока;
- комплект батарей;
- клавиатура/кнопочные переключатели;
- видеосигналы (HDMI, S-Video, композитное видео, сигналы управления ЖКД-модуля);
- аудиовыход;
- низкоскоростные интерфейсы (USB1.1, IEEE 1394, RS-232C, RS-485);
- высокоскоростные интерфейсы (USB2.0, USB3.0, 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT);
- CATV/РЧ-входы/выходы.
Некоторые из этих функций должны отвечать требованиям национальных стандартов по безопасности, что означает необходимость в реализации защиты от перегрузки по току и перенапряжения.
Другие функции нуждаются в защите от таких факторов окружающей среды, как электростатический разряд, сверхвысокое напряжение грозовых разрядов или кратковременных электрических бросков при включении и отключении расположенного поблизости оборудования с высокой индуктивной нагрузкой (например, пылесоса).
Изделия, которые напрямую подключены к сети переменного тока (120 или 250 В), могут подвергаться воздействию сильных бросков напряжения и тока (из-за грозовых разрядов, переключения нагрузки и т. д.) и коротким замыканиям/перегрузке, что делает обязательным применение элементов защиты от перегрузки по току (плавкие предохранители, самовосстанавливающиеся предохранители, или термисторы с положительным температурным коэффициентом) и от перенапряжения (металлооксидные варисторы, TVS-диоды).
Перечислим стандарты, которые требуют применения такого рода защиты:
- IE 61000-4-4 (кратковременные броски электричества в пользовательской среде);
- IEC 61000-4-5 (броски электричества, наведенные грозовыми разрядами);
- IEC/EN 60950-1 (стандарт безопасности).
Необходимо учитывать, что портативные потребительские устройства, которые содержат адаптер питания, могут стать объектом воздействия электростатических и маломощных грозовых разрядов. Перечислим стандарты, которые требуют обеспечить защиту от такого рода воздействий:
- IEC 61000-4-2 (электростатические разряды в пользовательской среде);
- IEC 61000-4-5 (броски электричества, наведенные грозовыми разрядами).
Клавиатуры или другие интерфейсы с использованием кнопок с ручным нажатием могут быть точкой входа разрушительной энергии электростатического разряда. Аудиоканалы могут также подвергаться воздействию электростатического разряда, что обусловлено подключением их к громкоговорителям по проводам и ручным управлением аппаратуры.
Разъемы для подключения каналов S-Video, композитных видеосигналов и HDMI-разъемы также чувствительны к электростатическому разряду, поскольку они часто подвергаются ручному манипулированию.
Системы с батарейным питанием тоже испытывают воздействие электростатического разряда и находятся под угрозой перегрузки по току (в этом случае применяются стандарты IEC 61960 и IEC 62133).
Низкоскоростные и высокоскоростные каналы передачи данных подвержены эффектам электростатического разряда; в зависимости от реального расположения на них могут, кроме того, наводиться броски напряжения, индуцированные грозовыми разрядами.
Международные стандарты, которые применяются к такого рода приложениям, включают:
- IEC 61000-4-2 (электростатические разряды в пользовательской среде);
- IEC 61000-4-5 (броски электричества, наведенные грозовыми разрядами).
Риск выхода из строя потребительских устройств из-за перенапряжения, обусловленного электростатическим разрядом, постоянно увеличивается. В связи с тенденцией размещать на кристалле ИС все большее число функций устойчивость микросхем к электростатическим разрядам снижается, что вызывает необходимость использовать внешние компоненты защиты.
Производители оборудования тестируют свою продукцию на соответствие международному стандарту IEC 61000-4-2.
Для того чтобы обеспечить расчетный срок службы изделий, рекомендуется использовать диодные матрицы TVS. Они не только отвечают требованиям к минимальным размерам ИС, но и обеспечивают очень низкие напряжения фиксации по сравнению с конкурирующими технологиями, то есть защиту современных ИС.
Опасность воздействия кратковременных переходных процессов, ближних грозовых разрядов или потенциальных отказов питания, в свою очередь, делают обязательной установку локальных устройств защиты от перегрузки по току и перенапряжения.
Принципы защиты от ЭСР
Различают четыре принципа защиты электронных устройств от ЭСР:
- предотвращение накопления зарядов;
- рассеяние или нейтрализация зарядов;
- применение элементов с максимально возможной статической и динамической помехоустойчивостью;
- использование специальных средств защиты электронных устройств.
Снизить риск возникновения статического электричества поможет соблюдение некоторых методов.
Улучшение антистатических характеристик материалов за счет создания объемной проводимости
К конструкционным и отделочным материалам в помещениях, где работают с компьютерной и электронной техникой, предъявляются взаимоисключающие требования.
Это хорошие изоляционные свойства для предотвращения поражения электрическим током.
Для удаления электростатических зарядов с их носителей необходима некоторая электропроводность у них.
Для создания улучшенной проводимости в отделочных и конструкционных материалах, применяются антистатические присадки. Например, в качестве антистатической присадки используют сажу, для электропроводящей резины.
Если обычный вулканизированный каучук имеет проводимость порядка 10 13 Ом·м, то после добавки углерода в виде сажи она падает до 10 5 Ом·м.
Влажность
Немаловажную роль при электростатических явлениях играет относительная влажность воздуха. При относительной влажности воздуха более 50–60% возникает риск ЭСР. Несмотря на то что влажный воздух имеет более низкую проводимость, опасность кроется не в его проводимости, а в тонкой пленке влаги, адсорбирующейся на поверхностях диэлектриков. За счет содержания ионов в этой влаге создается повышенная проводимость.
Для повышения проводимости поверхности ее обрабатывают поверхностно активными веществами, которые улучшают абсорбирование влаги на поверхности. Причем для разных материалов оптимальна разная влажность. При влажности 60% и выше электростатические разряды не образуются, однако могут возникнуть технологические и гигиенические проблемы в помещениях с таким уровнем влажности.
Нейтрализаторы электрического заряда
К нейтрализаторам относятся устройства, создающие поток или облако положительных либо отрицательных ионов, которые, оседая на электризованную поверхность, нейтрализуют заряды на их поверхности.
Кроме того, ионы создают повышенную проводимость воздуха. Для этого могут использовать ионизаторы воздуха (рис. 1).
Рис. 1. Ионизаторы воздуха EMIT:
а) настольные;
б) подвесные
Со статическим электричеством необходимо бороться не только на стадии производства электронных средств, но и во время их транспортировки, хранения и, конечно, во время эксплуатации. Вот почему современное производство и сервисы обслуживания оснащены средствами защиты. Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие.
Рис. 2. Антистатический халат
Рис. 3. Антистатический браслет Vermason
Основными составляющими комплексной антистатической защиты уже давно считаются антистатические браслеты, покрытия, пакеты, контейнеры, наклейки, измерители статического напряжения, ионизаторы (рис. 2–5).
Рис. 4. Антистатические контейнеры Vermason
Рис. 5. Антистатические пакеты и наклейки Vermason
Отдачу от принятых мер можно ощутить, когда разработана программа защиты, предусматривающая строгое соблюдение правил. Для этого нужно, в частности, хранить и перевозить компоненты электронной техники в закрытых проводящих контейнерах. У персонала должна быть верхняя одежда, рассеивающая статическое электричество. Полы в помещении должны быть заземлены. Столы должны иметь покрытие, заземленное и рассеивающее статическое электричество.
В последние несколько лет интерфейс HDMI стал основным способом подключения потребительских цифровых видеоустройств. С расширением возможностей телевизоров (например, увеличение разрешения и глубины цвета, поддержка 3D-изображений) спецификация HDMI также эволюционирует, включая в себя новые функции. Однако при этом перед инженерами-разработчиками встают такие проблемы, как сохранение стоимости системы на приемлемом уровне при одновременном удовлетворении растущих требований к скорости передачи данных, а также обеспечение совместимости. Задачи проектирования, легко решавшиеся для одного порта 1080i в ЖК-телевизоре с коротким кабелем, значительно усложняются, когда требуется обеспечить более глубокий цвет в формате 1080p в 5-портовом ЖК-телевизоре с 30-метровыми кабелями.
Есть и хорошая новость: уже существуют проверенные решения в помощь разработчикам. Однако этого недостаточно. Критически важно понимать суть проблем и методы их решения. Перечислим важнейшие проблемы:
- Согласование импеданса TMDS и минимизация расфазировки (skew) сигнала.
- Адекватная защита от электростатического разряда и обеспечение целостности сигнала.
- Преобразование напряжения «низкого» логического уровня в сигналы DDC.
- Поддержка длинных кабелей.
- Аппаратная реализация шины CEC.
- Защита линии 5 В от перегрузки по току и изоляция в дежурном режиме.
Новое устройство NXP IP4786CZ32 для формирования сигнала позволяет инженерам, которым требуется простое проверенное решение, исключить все эти сложные проблемы и при этом имеет самый миниатюрный форм-фактор и самую низкую стоимость.
Защита от электростатического разряда для линий TMDS с согласованным импедансом
Спецификация HDMI требует, чтобы высокоскоростные сигналы (линии TMDS) имели дифференциальный импеданс 100 Ом (рис. 1). Импеданс зависит от индуктивности и емкости, которые определяются геометрическими размерами дорожек печатной платы и ее разводкой. Подключение любых компонентов, таких как устройства защиты от электростатического разряда или фильтры синфазного сигнала, к этим тщательно спроектированным сигнальным линиям приводит к изменению импеданса. Из-за несогласованности импеданса возникают отражения, которые ухудшают характеристики сигнала. Несогласованность импеданса двух линий дифференциальной пары также увеличивает сдвиг фазы внутри пары, что приводит к нарастанию расфазировки сигнала и возникновению электромагнитных помех. При повышении скорости передачи данных важность согласования импедансов возрастает.
Рис. 1. «Глазковая» диаграмма TMDS (3,4 Гбит/с) при использовании защиты от электростатического разряда для TMDS-линии
Высокоскоростные дифференциальные сигналы особенно уязвимы при электростатическом разряде (ESD) из-за небольших геометрических размеров полупроводникового компонента в схемах передатчика/приемника, а также из-за того, что дорожки сигнала отлично пропускают импульсы ESD, которые сами являются высокоскоростными сигналами. Для защиты системы от электростатического разряда на протяжении всего срока службы инженеры-разработчики обычно добавляют схему ESD-защиты — например, ESD-диод — на каждую сигнальную линию. Однако применять эти диоды следует крайне осторожно, поскольку дополнительная емкость схемы ESD-защиты изменяет импеданс проектируемых сигнальных линий, что может привести к нарушению целостности сигнала.
DDC-буферизация
Линии DDC HDMI используют сигналы уровня 5 В. При реализации шины HDMI DDC разработчики систем должны обеспечить выполнение двух ключевых требований: к времени нарастания сигнала и к уровню напряжения сигнала. Первоначально время нарастания сигнала регулировалось путем ограничения допустимой емкости шины DDC. Однако это сложно реализовать на практике, например, если пользователь пытается соединить два HDMI-устройства с помощью недорогого кабеля с более высокой емкостью. Требования к уровню напряжения могут стать источником проблем, поскольку новые наборы микросхем рассчитаны на более низкий логический уровень напряжения, в то время как шине DDC необходим сигнал уровня 5 В для совместимости с другими 5-В устройствами, например с ЭСППЗУ (EEPROM).
Проблема длинных кабелей обычно решается за счет использования либо динамических подтягивающих (pullup) схем, либо DDC-буферов. И те, и другие выпускаются множеством производителей. Вообще говоря, решения с DDC-буфером предпочтительнее, потому что они изолируют системную схему DDC от линии DDC внешнего кабеля, более надежны и легко интегрируются со схемами поддержки «низкого» логического уровня.
Подключение низковольтных передовых КМОП «систем на кристалле» к 5-В шине DDC может привести к возникновению проблем при обработке сигналов как «высокого», так и «низкого» логического уровня. Большинство разработчиков знает о том, что при использовании «систем на кристалле», которые не имеют контактов ввода/вывода, устойчивых к напряжению 5 В, необходим сдвиг напряжения в сторону более высоких значений: для этого применяют специальный транзистор, смещающий уровень сигнала с 5 В на стороне шины DDC к более низкому значению «высокого» логического уровня. К сожалению, это не решает проблему для сигналов «низкого» логического уровня, и даже при использовании «систем на кристалле» с контактами ввода/вывода, рассчитанными на напряжение 5 В, по-прежнему возникают проблемы с обработкой сигналов «низкого» логического уровня.
DDC «подтягивает» (pull-down) сигналы к шине, из-за чего сигналы DDC низкого уровня становятся чувствительными к сопротивлению линии DDC. С ростом сопротивления линии DDC повышается напряжение «низкого» уровня, и в результате «система на кристалле» может ошибочно распознавать низкий сигнал как высокий. Эта проблема усложняется в связи с распространением многопортовых телевизоров и ресиверов, в которых HDMI-коммутаторы установлены в тракт сигнала, увеличивая сопротивление, а также в связи с использованием кабелей большей длины и, следовательно, большего сопротивления. К сожалению, простые полевые транзисторы смещения уровня не способны уменьшить «низкий» логический сигнал, напротив, они его повышают из-за собственного сопротивления во включенном состоянии. Новые буферы DDC, такие как в NXP IP4786 CZ32, обеспечивают двунаправленное смещение сигналов как высокого, так и низкого логического уровня, одновременно изолируя емкость кабеля, при этом сокращается время нарастания сигнала в кабелях высокой емкости. Кроме того, ESD-защита может быть интегрирована прямо в буфер DDC, а изоляция буфера исключает попадание любой остаточной энергии в HDMI «систему на кристалле», предохраняя ее от обратного тока и обеспечивая в целом гораздо более высокий уровень защиты от электростатического разряда.
Защита линий 5 В от перегрузки по току и изоляция
Через разъем HDMI напряжение 5 В подается от источника сигнала HDMI, например ресивера, к приемнику HDMI, например телевизору. Это напряжение 5 В используется для питания памяти EDID приемника, хранящей характеристики дисплея, и позволяет приемопередатчику HDMI считывать их. С 5-вольтовым источником питания связаны две ключевые проблемы разработки: одна касается безопасности, а вторая — функциональности системы.
С точки зрения безопасности напряжение питания 5 В необходимо для реализации некоторого уровня защиты от перегрузки по току. Оно предотвращает избыточное потребление мощности неисправными периферийными устройствами через порт и, что более важно, защищает систему в случае короткого замыкания — например, если кабель HDMI поврежден. Отсутствие такой защиты может привести к неустранимым повреждениям и даже теоретически — к возгоранию. Обычно нельзя полагаться на защиту от перегрузки по току, реализованную для основной 5-вольтовой шины системы, так как допустимый ток на такой шине, как правило, значительно выше, чем требует спецификация HDMI (1 А). В основном используются два типа защиты: полупроводниковые схемы защиты от перегрузки по току и самовосстанавливающиеся предохранители (polyfuse). Вообще говоря, полупроводниковые устройства защиты от перегрузки по току предпочтительнее, так как они более надежны и реагируют быстрее. В NXP IP4786 CZ32 защита 5-В линии от перегрузки по току интегрирована непосредственно в то же устройство, что и защита от электростатического разряда и DDC-буферы, благодаря чему отпадает необходимость в дополнительных устройствах.
На функциональном уровне во многих приложениях важно изолировать 5-вольтовую шину HDMI от основной 5-вольтовой шины системы. Главная причина в том, что некоторые приемники и телевизоры HDMI, обнаруживая напряжение 5 В на шине питания, воспринимают его как сигнал для включения собственного питания. Ресивер/персональный видеомагнитофон может включаться посреди ночи для записи программы, но вряд ли потребитель будет доволен, если при этом случайно включится и телевизор. С помощью полупроводникового решения, такого как IP4786CZ32 (через вывод активации), можно легко реализовать изоляцию шины HDMI 5 В от системной 5-вольтовой шины, однако если в системе используется самовосстанавливающийся предохранитель, этого сделать не удастся.
Шина CEC
Consumer Electronic Control (CEC) — это однопроводная двунаправленная шина, которая позволяет приемникам и источникам сигнала HDMI обмениваться командами и упрощает управление домашней развлекательной системой. Низкоскоростная шина CEC рассчитана на более высокую емкостную нагрузку. Подтягивающее сопротивление 27 кОм довольно велико, поэтому шина CEC чувствительна к токам утечки, особенно в тех случаях, когда модуль HDMI выключен. Максимальный ток утечки составляет 1,8 мкА. Кроме того, набор команд CEC поддерживает «пробуждение» приемника или источника сигнала HDMI, для чего шина CEC должна сохранять работоспособность в тех случаях, когда устройство находится в дежурном режиме.
Чтобы удовлетворить требования к обратному току и току утечки шины CEC, можно подключить диод Шоттки после подтягивающего резистора 27 кОм, но это увеличивает стоимость системы и требует дополнительного места на плате. Решение NXP IP4786CZ32 обеспечивает соответствие требованиям к обратному току и току утечки шины CEC при сохранении функции пробуждения из дежурного режима CEC благодаря интеграции буфера для сдвига уровня, а также подтягивающих резисторов и «обратноходового» (backdrive) диода, что позволяет упростить разводку за счет полностью протестированной и соответствующей требованиям CEC схемы.
Другие проблемы формирования сигнала HDMI
С введением нового канала HEAC (HDMI Ethernet and Audio return Channel) в стандарте HDMI 1.4 появилась необходимость в защите от электростатического разряда еще одной линии сигнала, а также в развязке дифференциального сигнала Ethernet с горячим подключением и реверсивного звукового канала. 5-вольтовый уровень сигнала «горячего» подключения может также потребовать смещения напряжения к более низкому уровню. Компания NXP интегрировала дополнительную защиту от электростатического разряда, а также буфер с триггером Шмитта, одновременно обеспечив полную ESD-защиту всех сигналов.
Заключение
Характеристики HDMI-устройства и его соответствие спецификации в большой степени зависят от выбора компонентов, устанавливаемых между «системой на кристалле» HDMI и разъемом. Более высокие скорости передачи данных, более длинные кабели и расширение функциональности устройств — все это усложняет задачу формирования сигнала. Двенадцать информационных линий HDMI (13 — в стандарте HDMI 1.4), а также линия питания HDMI 5 В требуют использования дополнительных компонентов, чтобы гарантировать надежность системы и целостность сигнала. Существуют проверенные недорогие решения, способные ускорить разработку схемы и вывод готовой продукции на рынок. Одно из них — ИС IP4786CZ32 (рис. 2), в которой интегрированы все внешние схемы для формирования сигналов и защиты.
Эйндховен, Нидерланды и Гамбург, Германия, 20 июля, 2011 г . – Сегодня компания NXP Semiconductors N . V . ( NASDAQ : NXPI ) анонсировала высокоинтегрированную ИС IP 4786 CZ 32 обеспечивающую наивысший в отрасли уровень защиты передатчиков HDMI 1.4. Благодаря уникальной архитектуре Transmission Line Clamping , которая отличается более низкими пиковыми значениями напряжения смещения при электростатических разрядах, ИС IP 4786 обеспечивает надежную ESD -защиту, наилучшую целостность сигнала и наивысший на сегодняшний день уровень интеграции в отрасли.
ИС IP 4786 предназначена для домашних развлекательных систем: телевизионных абонентских приставок, DVD -плееров стандартной ( SD ) и высокой ( HD ) четкости, плееров Blu - ray и аудио/видео переключателей. IP 4786 характеризуется чрезвычайно низким энергопотреблением в дежурном режиме, что делает ее идеальным решением для различных мобильных приложений, например, портативных медиаплееров, ноутбуков и планшетных ПК, игровых консолей, мобильных телефонов и цифровых фотоаппаратов и видеокамер.
Факты/основные особенности:
· Наивысший уровень защиты. Для защиты сигналов HDMI TMDS используется новая архитектура Transmission Line Clamping , которая отличается более низкими пиковыми значениями напряжения смещения при электростатических разрядах. Буферы «нулевого смещения» на линиях управления полностью изолируют эти сигналы от импульсов электростатического разряда. Все 13 сигнальных линий, как и 5-В вывод питания, выдерживают импульсы напряжения ±8 кВ в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2, уровень 4. К тому же, IP 4786 CZ 32 является единственным решением, в состав которого включен 5-В LDO -стабилизатор для ограничения тока, отвечающий требованиям HDMI 1.4 к защите от перегрузки по току.
· Наилучшая целостность сигнала. Защитная архитектура TLC включает в себя согласующую индуктивность и средства ESD -защиты, обеспечивающие согласованный дифференциальный импеданс 100 Ом для всего устройства. В отличие от традиционных шунтирующих ESD -устройств, которым нужны специальные внешние схемы компенсации для каждой конкретной платы, IP 4786 CZ 38 не требует дополнительных изменений в разводке платы, а ее импеданс не зависит от установленных компонентов. Буферы на линиях управления являются первым в отрасли решением, которое обеспечивает преобразование уровней напряжения как на высоком, так и на низком логическом уровне. Кроме того, эти буферы позволяют решить проблему медленного нарастания сигнала в кабелях большой длины, и тем самым позволяют использовать длинные кабели.
· Концепция Clean Interface . ИС IP 4786 CZ 32 призвана свести к минимуму количество компонентов и площадь, занимаемую на плате решением для формирования сигнала HDMI и защиты. Заменяя собой до 29 дискретных компонентов, ИС IP 4786 CZ 32 высвобождает 60% занимаемой площади по сравнению с альтернативными интегрированными решениями.
Технические характеристики:
· ИС NXP IP 4786 CZ 32 в соответствии со стандартами HDMI 1.3 a и 1.4 поддерживает 340-МГц частоту пикселизации, высокое качество цветопередачи, канал HEAC ( HDMI Ethernet and Audio return Channel ) и другие возможности, такие как:
o Архитектура Transmission Line Clamping : дифференциальная линия передачи с согласованным импедансом 100 Ом и защитой от электростатического разряда для линий TMDS без необходимости в схемах предварительной компенсации на печатной плате
o Буферы «нулевого смещения», предохраняющие линии управления системной микросхемой HDMI от импульсов электростатического разряда
o Защита всех сигнальных линий от электростатического разряда ±8 кВ согласно стандарту IEC 61000-4-2, уровень 4
o LDO -стабилизатор для ограничения тока, обеспечивающий напряжение 5 В на выходе при входном напряжении до 6,5 В
o Преобразование напряжений высокого и низкого логического уровня на линиях DDC , CEC , Hot Plug и HEAC , компенсирующее высокое сопротивление внешних переключателей на приемниках HDMI
o Поддержка длинных кабелей (> 700 пФ/25 м) за счет буфера DDC , обеспечивающего ёмкостную развязку между системой и разъемом HDMI
o Компактный 32-выводной корпус HVQFN (5 x 5 x 0,85 мм) с оптимизированным расположением контактов
o Концепция «чистого интерфейса», требующая использования лишь одного внешнего конденсатора
· Устройство IP 4786 CZ 32 для формирования сигнала можно приобрести уже сегодня непосредственно в компании NXP и у крупных дистрибуторов, рекомендованная цена при покупке партиями по 1000 штук 1 доллар 20 центов США.
Ссылки:
· Информация о продукции: ИС NXP IP 4786 CZ 32 для формирования сигнала.
О компании NXP
NXP Semiconductors N . V . ( Nasdaq : NXPI ) поставляет решения на основе высокопроизводительных смешанных цифро-аналоговых ( High Performance Mixed Signal ) и стандартных полупроводниковых компонентов, в которых воплощен лидирующий на рынке опыт разработок компании в области радиочастотных и аналоговых сигналов, управления питанием, интерфейсов, безопасности и цифровой обработки сигнала. Эти инновационные решения используются в широком диапазоне применений для автомобильной и промышленной электроники, средств идентификации, инфраструктуры беспроводной связи, систем освещения, мобильных устройств, бытовой техники и вычислительных систем. Являясь глобальным производителем полупроводниковых компонентов, компания представлена более чем в 30 странах мира и обладает годовым доходом в 4,4 млрд. долларов США (2010 г.). Более подробную информацию вы можете получить на www . nxp . com .
Выводы интегральных микросхем, предназначенные для подключения к внешним цепям или периферийным устройствам, подвержены риску воздействия электростатических разрядов.
Электростатический разряд (electrostatic discharge - ESD) представляет собой передачу энергии между двумя телами с разными электростатическими потенциалами. Он может происходить как в результате прямого контакта, так и в результате пробоя атмосферы между телами.
Разряд вызывает протекание импульса тока через внутренние цепи микросхемы и может приводить к ее частичному или полному повреждению.
Для защиты микросхем от электростатического разряда применяют дополнительные электронные компоненты – резисторы, диоды, стабилитроны, TVS диоды или супрессоры, буферные микросхемы. Данная статья представляет собой краткий обзор этих компонентов и схем на их основе.
Самая простая схема защиты от электростатического электричества представляет собой резистор, включенный между источником заряда и выводом интегральной микросхемы.
Последовательное сопротивление вместе с паразитной емкостью входа микросхемы (а также емкостью монтажа) образует низкочастотный пассивный фильтр. Этот фильтр будет подавлять высокочастотную составляющую электростатического разряда, в которой сосредоточена большая часть его энергии. Кроме того резистор будет ограничивать ток, протекающий через внутренние защитные цепи микросхемы вследствие разряда.
R1 – защитный резистор 50 – 200 Ом; D1, D2 – внутренние защитные диоды; C1 – паразитная емкость входа
Чем выше значение сопротивления защитного резистора, тем лучшую защиту от ESD он будет обеспечивать. Естественно с ростом сопротивления резистора частота среза НЧ фильтра на входе микросхемы будет уменьшаться. Это нужно учитывать, если данный вход используется для ввода высокочастотного сигнала.
Многие интегральные микросхемы имеют встроенные защитные диоды. Как правило, эти диоды не рассчитаны на большие значения тока и имеют недостаточное быстродействие. Например, встроенные защитные диоды микроконтроллеров AVR выдерживают ток всего лишь в единицы миллиампер.
Перед тем как принять решение, требуется ли дополнительная схема защиты или можно ограничиться встроенной, внимательно изучите спецификацию на микросхему. Хотя данных на диоды или выдерживаемое напряжение разряда в спецификации может и не быть.
Схема на диодах будет ограничивать входное напряжение в пределах от – Vd до Vcc + Vd, где Vd – падение напряжения на диоде в прямом направлении. Ток разряда будет проходить или через верхний или через нижний диод, и «поглощаться» фильтрующими конденсаторами, источником питания и самими диодами. Иногда для дополнительной защиты между плюсом питания и «землей» подключают стабилитрон или TVS диод (D3 на схеме).
Если вход микросхемы используется для ввода высокочастотного сигнала, следует принимать во внимание тот факт, что диоды вносят дополнительную паразитную емкость. Величину паразитной емкости можно найти в спецификации на элемент.
Традиционно стабилитрон применяется для получения стабилизированного (опорного) напряжения, но его также можно использовать для защиты входов интегральных микросхем от ESD, подключив между выводом микросхемы и «нулем» питания. Такая схема будет ограничивать напряжение на входе микросхемы в пределах от –Vd до Vs, где Vd – падение напряжения на стабилитроне в прямом направлении, а Vs – номинальное напряжение стабилизации.
Чтобы стабилитрон не оказывал влияние на работу схемы в штатном режиме, номинальное напряжение стабилизации должно быть выше напряжения входного сигнала.
Стабилитроны имеют большую емкость (десятки пФ) и поэтому плохо подходят для защиты высокоскоростных линий.
TVS (transient voltage supressor) диод – это полупроводниковый компонент, предназначенный для ограничения выбросов напряжений, амплитуда которых превосходит напряжение лавинного пробоя диода.
В нормальных условиях TVS диод находится в высокоимпедансном состоянии. Когда напряжение на диоде превышает рабочее, импеданс диода понижается, и ток разряда начинает течь через него. При понижении напряжения на TVS диоде он снова возвращается в высокоимпедансное состояние.
Вольтамперная характеристика TVS диода аналогична характеристике стабилитрона, поэтому их иногда путают друг с другом. На самом деле это разные приборы. TVS диоды были разработаны специально для защиты цепей от импульсов перенапряжения, в то время как стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения и не рассчитаны выдерживать значительные импульсы тока .
TVS диоды имеют высокое быстродействие, низкое рабочее напряжение и маленькую емкость, что делает их идеальными компонентами для защиты полупроводниковых компонентов от электростатического разряда.
Еще один вариант защиты входов/выходов интегральных микросхем от электростатического разряда — это использование буферных микросхем. Например, изображенный на схеме двунаправленный буфер 74ACTH245 согласно своей спецификации способен выдерживать электростатические разряды от 200 до 2000 вольт в зависимости от используемой модели разряда.
Читайте также: