EPCOS präsentiert eine CeraDiode als ESD-Schutzbauelement für HDMI-Schnittstellen von Geräten wie Flachbildfernseher, DVD-Rekorder oder HDTV-Set-Top-Boxen.

Flachbildfernseher sind aufgrund ihrer komplexen Mikroelektronik gegenüber transienten Überspannungen wie ESD sehr empfindlich. Die größte Wahrscheinlichkeit für das Eindringen eines gefürchteten ESD-Impulses besteht, wenn Anschlüsse für Peripheriegeräte berührt oder Stecker abgezogen werden. Der ESD-Impuls läuft dann vom Anschluss über die Daten- und Spannungsversorgungsleitungen zur Leiterplatte, wo er diese oder darauf befindliche Bauelemente zerstören kann. Die ESD-Sicherung der HDMI-Schnittstelle ist eine besondere Herausforderung für die Hersteller von Unterhaltungselektronik. Als erstes Produkt einer ganzen Familie von ESD-Schutzbauelementen für HDMI-Schnittstellen hat EPCOS eine CeraDiode in Bauform 0402 mit einer typischen Kapazität von 0,6 pF (maximale Kapazität 0,9 pF) auf den Markt gebracht.

	PRODUKTPROFIL: CERADIODE FÜR HDMI-ANSCHLÜSSE
Bauform            0402 EPCOS-Typ           CDS2C05HDMI1 Package SOD-723 Nennspannung 5,6 V Durchbruchsspannung 150 V Typische Kapazität 0,6 pF Pin-Belegung P1 GND   P2 I/O Line

Konstante Schutzeigenschaften

Konventionelle Halbleiterdioden sind als ESD-Schutz in Flachbildschirmen nur sehr bedingt geeignet, denn ihre Schutzeigenschaften verschlechtern sich bereits ab 25 °C (Derating). Der CeraDiode, die EPCOS entwickelt hat, kann die in LCD- und Plasma-TV-Geräten oftmals auftretende starke Wärmeentwicklung dagegen nichts anhaben – sie hat bis zu einer Einsatztemperatur von 85 °C konstante Schutzeigenschaften. Dieses keramische Bauelement zum ESD-Schutz von Daten-, Audio- und Videoleitungen und von ICs oder Ein-/Ausgängen (Schnittstellen) liefert EPCOS bereits in den verschiedensten Bauformen.

CeraDioden sind nicht nur die kostengünstige Alternative zu entsprechenden ESD-Schutzbauelementen auf Halbleiterbasis wie beispielsweise Zener- oder TVS-Dioden, sondern bieten zusätzlich technische Vorteile: In vielen Fällen kann eine Halbleiterdiode durch eine CeraDiode eins zu eins ohne Änderungen am Lötpad ersetzt werden. Außerdem sind CeraDioden grundsätzlich bidirektionale Bauelemente – die Gefahr, das Bauelement während der Bestückung in falscher Richtung zu platzieren, ist also ausgeschlossen.

	ABBILDUNG 1: ESD-STABILITÄT BEI 8 KV KONTAKTENTLADUNG
Änderung der Kapazität (rot) und des Leckstroms (blau) der CeraDiode CDS2C05HDMI1.

	ABBILDUNG 2: ESD-STABILITÄT BEI 15 KV LUFTENTLADUNG
Änderung der Kapazität (rot) und des Leckstroms (blau) der CeraDiode CDS2C05HDMI1.

Höchste Anforderungen

Da über die HDMI-Schnittstelle sehr hohe Datenraten von bis zu 10 Gbit/s laufen, muss die Kapazität des ESD-Schutzbauelements zur Vermeidung von Übertragungsverlusten möglichst gering sein, im Falle von HDMI kleiner als 1 pF. Darüber hinaus müssen die Schutzbauelemente die Anforderungen nach dem internationalen ESD-Standard IEC 61000-4-2 – am besten Level 4 – erfüllen. Das bedeutet im Fall dieser CeraDiode, dass auch nach jeweils zehn positiven und negativen Impulsen mit 8 kV Kontaktentladung beziehungsweise 15 kV Luftentladung weder die Maximalkapazität von 0,9 pF noch der maximale Leckstrom von 1 µA überschritten werden darf (Abbildungen 1 und 2). Diese Anforderungen werden von der neuen CeraDiode CDS2C05HDMI1 nicht nur erfüllt, sondern bei Weitem übertroffen. Selbst nach 30 positiven und negativen Impulsen bleiben die genannten Parameter innerhalb der Grenzwerte. Die neuen CeraDioden werden innerhalb des „Human-Body-Modells“ (330 Ω / 150 pF) getestet. Im ESD-Fall haben sie eine Reaktionszeit von weniger als 0,5 ns.

HDMI-Eignungstest

Die Eignung der EPCOS-CeraDioden für HDMI-Anschlüsse wurde in einem „HDMI-Compliance-Test“ nach Standard 1.3a nachgewiesen.

Folgende Tests wurden dabei durchgeführt und bestanden:

• Source Eye Diagram Test (Abbildung 3)
• Clock Jitter Test
• Clock Duty Cycle Test
• Rise and Fall Time Test
• Clock-Data Inter-pair Skew Test
• Data-Data Inter-pair Skew Test
• Overshoot and Undershoot Test
• Differential Impedance Test

	ABBILDUNG 4: BESCHALTUNGSBEISPIEL HDMI-ANSCHLUSS
Beschaltung von Ausgängen mit der CeraDiode CDS2C05HDMI1.

Die neue CeraDiode CDS2C05HDMI1 wurde zwar für den ESD-Schutz von DVI- oder HDMI-Schnittstellen entwickelt (Abbildung 4), aber sie eignet sich auch hervorragend zum Schutz von Gigabit-Ethernet- und IEEE-1394b-Anschlüssen. Schließlich ist natürlich auch der Einsatz in Applikationen mit geringeren Datenraten wie USB oder IEEE 1394a möglich. Weitere HDMI-CeraDioden befinden sich in Entwicklung, darunter eine in Bauform 0603 als Single-Bauelement sowie platzsparende Arrays.