ESD 防護元件用於高速影音新挑戰：MCC 如何為 HDMI 與 DisplayPort 撐起 ESD 防線

保護 HDMI 與 DisplayPort 介面，避免訊號損失與 ESD 危害
 

在高速影音介面技術迅速演進的今日，HDMI 2.1 與 DisplayPort 2.0/2.1 已成為高階顯示設備的標配。這些介面支援高解析度與高刷新率，導入 FRL 與 UHBR 等新技術，大幅提升資料傳輸率。然而，高速傳輸也讓系統對訊號完整性與 ESD 防護的要求更為嚴苛。設計工程師需在不影響效能的前提下，導入精準的保護機制，以確保系統穩定性與使用者體驗。

DisplayPort 2.0/2.1：80Gbps 傳輸效能需要精準防護

DisplayPort 2.0/2.1 採用 UHBR 技術，總傳輸速率高達 80Gbps（20Gbps × 4 通道），支援高解析度與多螢幕輸出。如此高速傳輸使訊號容差極低，任何微小的寄生效應或突波干擾都可能導致訊號劣化，甚至系統失效。因此，保護元件的選擇必須兼顧低電容、高反應與高速相容性。

DisplayPort 2.0/2.1 的主要保護挑戰包括：

• MLL 線路電容需低於 0.2pF：避免高速差分訊號產生反射與失真。

• AUX 與 HPD 線路熱插拔風險高：需具備快速響應與高耐壓能力。

• 差分對訊號需具備雙向箝位功能，並確保不影響訊號邊緣準確性與眼圖開口：以維持高速通道的完整性與穩定性。

   

系統設計時，如何兼顧保護與訊號品質？

在高速介面設計中，ESD 保護元件不僅要防止損壞，更需維持訊號穩定。選擇電容低於 0.2pF 的元件，並靠近連接器放置，可有效降低干擾與反射。小型封裝則有助於因應高密度 PCB 設計，提升整體佈局效率。

如何確認保護元件真的有效？

除了 IEC 標準測試，工程師可透過眼圖分析、TDR 測試與 ESD 槍模擬插拔操作，檢查訊號是否穩定。這些方法能在設計階段即預測潛在風險，避免產品上市後出現訊號異常或認證失敗

MCC 的ESD保護元件技術優勢：低電容、高反應、未來導向

• 電容低至 0.18pF，適用於 UHBR20 等高速差分訊號。

• 反應時間快，能即時吸收瞬間電壓衝擊。

• 封裝小巧，支援高密度設計。

• 符合 IEC 61000-4-2 標準，通過 ±8kV 接觸放電測試。
  新一代產品正開發中，將進一步降低電容並提升整合性。

圖 1：DisplayPort 腳位圖與關鍵保護點

HDMI 2.1：可靠的 ESD 保護，支援 8K 影音傳輸

HDMI 2.1 採用 FRL 技術，支援 8K@60Hz 與 48Gbps 傳輸速率。高速通道如 TMDS/FRL 對訊號純淨度要求極高，任何額外電容或突波都可能造成影像失真。因此，ESD 保護元件需具備極低電容與快速反應能力。

HDMI 2.1 系統中常見的 ESD 暴露點包括：

• TMDS/FRL 資料通道：高速訊號易受寄生電容影響。

• HPD 與 CEC 控制線：插拔頻繁，易遭瞬間電壓衝擊。

• PCB 空間限制：需選用小型封裝以維持佈局彈性。

  若應用場景需要單向保護，我們即將推出的 DFN2510 解決方案提供 3.3V 單向保護，電容同樣低至 0.18pF，非常適合用於 12-bit 影音內容與高動態範圍（HDR）支援。

   

多介面整合下的保護挑戰

USB-C 已成為多介面整合的主流，常同時傳輸 HDMI, Display Port 與乙太網路訊號。這種共用線路設計雖提升便利性，但也增加訊號干擾與 ESD 暴露風險。MCC 提供多種低電容、小型封裝元件，協助工程師在有限空間內實現高效防護。

圖 2：HDMI 腳位圖與關鍵保護點

設計初期導入保護，確保系統可靠性

根據業界統計，影音介面故障多源自 ESD 衝擊與訊號劣化。若在設計初期未導入保護機制，可能導致認證延誤、維修成本上升與品牌信任受損。透過在 PCB 初期佈局階段即納入 ESD 保護元件，並搭配模擬測試與實驗室驗證，可有效降低後期風險，提升產品上市成功率與長期穩定性。

未來趨勢：更高解析度、更高頻寬的挑戰

隨著 8K、16K 顯示技術、VR/AR 裝置與 AI 視覺運算的快速發展，影音介面正朝向更高頻寬與更低延遲邁進。這也意味著未來的 ESD 保護元件必須具備更低寄生電容、更快響應速度與更小封裝尺寸，以因應高速訊號與高密度設計的雙重挑戰。MCC 正積極開發新一代保護元件，協助工程師為未來應用做好準備。

保護訊號，就是保障使用者體驗

在高速影音介面設計中，訊號完整性與系統穩定性往往是最容易被忽略卻最關鍵的環節。MCC 的 ESD 保護方案，從 HDMI 到 DisplayPort，從差分訊號到控制線路，皆以訊號完整性為核心，協助設計人員在不犧牲效能的前提下，打造更可靠的系統架構。保護訊號，就是保障使用者體驗。

常見問題 FAQ

Q1：高速介面設計中，為何 ESD 保護元件的電容值如此重要？

ANSWER：高速訊號對寄生電容極為敏感，過高電容會造成訊號反射與失真，影響眼圖與系統穩定性。選擇低電容（<0.2pF）元件是維持訊號完整性的關鍵。

Q2：如何選擇適合 HDMI 2.1 或 DisplayPort 2.1 的 ESD 保護元件？

ANSWER：需考量電容值、封裝尺寸、反應速度與是否支援雙向保護。MCC 提供多款低電容（最低 0.18pF）、小型封裝（如 0201、DFN）且符合 IEC 標準的元件，適用於高速差分訊號與控制線路。

Q3：ESD 保護元件應該佈局在哪些位置最有效？

ANSWER：建議靠近連接器（如 HDMI、DP 插槽）放置，並優先保護高速通道與熱插拔控制線（如 HPD、CEC）。這樣可在 ESD 衝擊進入系統前即進行有效箝位。

Q4：除了 IEC 測試，還有哪些方法可驗證 ESD 保護效果？

ANSWER：可使用眼圖分析、TDR 測試與 ESD 槍模擬插拔操作，檢查訊號是否穩定。這些方法能在設計階段預測潛在風險，避免產品上市後出現訊號異常。

Q5：若產品已上市，是否還能補強 ESD 防護？

ANSWER：雖然最佳時機是在設計階段導入，但仍可透過加裝外掛式模組、更新連接器或更換高規格元件來補強。不過這些方式成本較高，建議在初期就納入完整防護策略。