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湖南靜芯推出DP 2.1的ESD&EOS防護完整解決方案

DP接口，全稱是DisplayPort，是一種用于數字視頻和音頻傳輸的計算機顯示接口標準。該接口由PC及芯片制造商聯盟開發，旨在取代傳統的VGA、DVI等接口，提供更加高效、高質量的視頻和音頻傳輸。廣泛應用于電腦、筆記本電腦、顯示器、電視和投影儀等數字顯示設備上。它可以傳輸高清視頻和音頻信號，適用于辦公、游戲、設計和娛樂等多種場景。DP 2.1是VESA（視頻電子標準協會）在2022年10月正式發布的最新版DP標準。DP 2.1和DP 2.0在性能上沒有明顯區別，繼承了DP 2.0協議最大支持16K的超強分辨率和80 Gbps的原始帶寬的特性，但在接口與規范一致性、帶寬管理機制、顯示技術提升、線纜品質與傳輸距離以及兼容性等方面相比DP2.0都有所進步。且DP 2.1保持向下兼容，此前所有通過認證的DP2.0產品都符合DP2.1規范。

由于DP接口在系統上是外露給使用者隨時可以插拔的接口，最普遍的應用就是隨插即用、隨拔即關，然而這個熱插拔動作卻也經常是造成電子系統工作異常、甚至造成后續電路毀壞的元兇，所以在端口設計時常常考慮使用器件對接口進行靜電保護，以確保在能穩定可靠地工作。普通的防護方案或許會對數據的傳輸造成一定影響，隨著消費類電子產品需求的持續增長，對ESD保護器件性能加強的需求也越來越強烈。靜芯微系列產品可以充分滿足客戶的設計要求。

DP接口介紹

得益于USB-IF的支持，DP Alt模式可與USB4規范無縫銜接，因此DP 2.1接口可以有DP和USB Type-C兩種形態，本文只討論DP接口形態的防護方案。為了區別于普通的Type-C接口，DP 2.1會在接口處增加DP標識，用戶可以更直觀識別出DP 2.1接口。DP 2.1接口雖然跟Type-C接口、雷電3接口外觀相同，但三者協議不同，功能差別很大。

DP 2.1 具有三種UHBR（超高比特率）傳輸模式,按照頻寬分為UHBR 10、UHBR 13.5、UHBR 20，如表1所示。UHBR 10每通道頻寬為10Gbps，DisplayPort與USB Type-C接口皆可以采用，而UHBR 13.5、UHBR 20只能建構在USB Type-C的接口上，此介面除了可以將傳輸速率提高到80Gbps， USB PD供電最高還可以達到100W來實現快速充電。

表1 DP接口的UHBR模式

圖1 DP接口引腳配置

表2 DP接口引腳功能描述

DP 2.1接口防護選型要求

在ESD系統測試的嚴格要求下，除了必須滿足IEC61000-4-2的標準外，部分品牌廠商還對其產品的USB Type-C連接器設定了更嚴格的測試條件，即要求以Direct-Pin Injection測試方式成功通過±8kV的ESD沖擊。因此在USB Type-C接口上采用ESD保護元件，以有效避免ESD事件對數據傳輸造成干擾十分必要。

當DP 2.1接口在選擇合適的ESD防護器件時，需要考慮以下要求：

為保障DP2.0在高速訊號傳輸過程中的完整性，選擇ESD保護元件時，應優先考慮寄生電容較低的產品，理想狀態下寄生電容應小于0.2pF。

防護元件需具備高度的ESD耐受能力，至少應能承受IEC 61000-4-2標準下接觸模式8kV的ESD沖擊。

為確保系統內部電路不受干擾或損壞，應選擇鉗制電壓足夠低的保護元件，以有效限制ESD能量在更低的電壓水平。

DP 2.1接口整體應用方案

方案一：

圖2 整體應用方案一

方案二：

圖3 整體應用方案二

LANE0，LANE1，LANE2，LANE3通道

DP 2.1擁有四條進行高速數據傳輸的通道。DP40認證數據線可以支持最高UHBR10 10Gbps，四條通道合并即傳輸速率為40Gbps；DP80認證數據線則支持UHBR20 20Gbps，四條通道合并傳輸速率最大為80Gbps。

方案一中我們推薦使用湖南靜芯的分立式深回掃型ESD器件SEUCS2X3V1B，可使用8個器件對DP2.1的高速數據傳輸通道進行防護。SEUCS2X3V1B是一款保護高速數據接口的超低電容深回掃型ESD保護器件，專門設計用于保護連接到數據傳輸線的敏感電子元件免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞。根據IEC61000-4-2和IEC610000-4-5規范，SEUCS2X3V1B可用于提供高達±15kV(接觸放電)的ESD保護，可承受高達7A(8/20us)的峰值脈沖電流。SEUCS2X3V1B的工作電壓為3.3V，鉗位電壓為5.5V，具有 0.14pF 的極低電容，可確保信號完整性。

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圖4 SEUCS2X3V1B器件TLP曲線

方案二中我們推薦使用湖南靜芯的集成式深回掃型ESD器件SEUCS10F3V4B，可使用兩個SEUCS10F3V4B同時對DP 2.1的四條高速數據傳輸通道進行防護。SEUCS10F3V4B是一款保護高速數據接口的超低電容深回掃型ESD保護器件，集成了四對超低電容控向二極管和一個TVS二極管，專門設計用于保護連接到數據傳輸線的敏感電子元件免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞。該器件工作電壓為3.3V，結電容僅為0.17pF，鉗位電壓為5V，可同時對兩對高速數據線進行靜電防護，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規范，在±15kV（空氣）和±15kV（接觸）下提供瞬變保護。

AUX, HPD,電源通道

AUX是DP接口中的輔助通道，用于鏈路管理（狀態信息）和設備控制，半雙工同信，屬于低速差分信號通道，速率通常為1Mbit/s。HPD是DP接口中的熱插拔檢測引腳，熱插拔檢測的作用是當顯示器通過DP接口與計算機主機相連或斷連時，主機能夠通過的HPD引腳檢測出這一事件并做出響應。

附屬通道的差分信號引腳（AUC_CH(n/p)）、熱插拔檢測引腳（Hot Plug）、接頭電源引腳（DP_PWR）、電源回路引腳（DP_PWR Return）和地引腳（GND）可以采用湖南靜芯研發的深回掃型ESD靜電保護器件SEUCS236T5V4UA進行防護，可同時保護4條信號線和1條電源線。

SEUCS236T5V4UA是湖南靜芯近期推出的4路單向深回掃型超強VCC防護靜電保護器件。SEUCS236T5V4UA共有4個IO引腳，一個超強VCC保護引腳，可同時保護四條數據信號線和一條電源信號線免受ESD(靜電放電)引起的干擾而損壞，可適用于DP2.0/2.1等接口的信號線防護。SEUCS236T5V4UA的工作電壓為3.3V，IO-GND的鉗位電壓為5.6V，電容為0.7pF，根據IEC61000-4-5標準可承受高達14A(8/20μs)的峰值脈沖電流；VCC-GND的鉗位電壓為12.5V，電容為220pF，根據IEC61000-4-5標準可承受高達27A(8/20μs)的峰值脈沖電流。根據IEC 61000-4-2 (ESD) 規范，SEUCS236T5V4UA可用于提供高達±30kV(接觸放電)，±30kV(空氣放電)的ESD保護。

圖5 SEUCS236T5V4UA的IO-GND IV曲線

圖6 SEUCS236T5V4UA的VCC-GND IV曲線

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表3 SEUCS2X3V1B電氣特性表

表4 SEUCS10F3V4B電氣特性表

表5 SEUCS236T5V4UA電氣特性表

總結與結論

DP接口作為一種高效的數字信號傳輸標準，支持高分辨率、高刷新率、多屏傳輸與擴展，同時具備良好的兼容性和穩定性。隨著科技的發展和高清顯示需求的不斷增加，DP接口在顯示設備連接領域越來越重要，保護其免受ESD靜電損害極為關鍵。本方案采用的元器件都為湖南靜芯研發的深回掃型器件，回掃特性ESD防護器件具有超小封裝體積、超低鉗位電壓、超低結電容特性，相比常規工藝 TVS 防護效果更優，且不影響信號完整性，可更有效保護高速數據接口免受瞬態過電壓的影響，為相關電子產品設備加固防護，提升消費者使用體驗。

湖南靜芯深回掃型系列ESD器件工作電壓涵蓋1.0~38V，電流涵蓋4~30A，電容最低至0.1pF，封裝涵蓋CSP、FC及各類封裝形式。同時推出22V&33V TDS平緩浪涌抑制器，可用于保護工作電壓為20V、24V、28V、36V的系統，具有精準且恒定的觸發電壓、優異的鉗位性能及穩定的溫度特性，可為系統提供更全面保護。結合TDS器件與深回掃ESD優勢，湖南靜芯是國內首家推出USB4.0完整解決方案的公司，詳情可以參考：“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防護完整解決方案100W+80G/120G”與“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防護完整解決方案140W&180W+80G/120G”等文章。

?審核編輯 黃宇