新一代筆記型電腦外部接口的EOS防護

支持USB4的Type-C EOS防護方案。晶焱

筆記型電腦已經是人們工作，娛樂和生活中必不可少的工具，在目前全球疫情流行的環境下，大家有更多的移動辦公，線上會議和居家娛樂的需求，產品也面臨更多的可靠性挑戰，目前業內對於靜電防護方案已經比較成熟，但是產品仍然有一定比例的返修，分析失效原因中比例最高的就是EOS。

EOS是Electrical Over Stress的縮寫，即元件承受了過高的電壓/電流，本文中所指的EOS表示符合IEC61000-4-5標準中所規定的雷擊/浪湧能量。目前消費類產品使用的測試波形為1.2/50μs開路電壓和8/20μs短路電流波形，使用的阻抗網路為2Ω。

相較於ESD，EOS的持續時間更長，能量遠大於ESD。所以在評估防護EOS的TVS時，需要考慮TVS的最大宣洩電流(Ipp)，此參數是描述TVS本身對於EOS的耐受度，Ipp越大表示對浪湧能量的耐受度越強。在系統應用中，不僅要考慮TVS的耐受度，更要考慮TVS的保護效果，關鍵參數浪湧箝制電壓(Vcl-surge)，Vcl越低表示保護效果越強。

筆記型電腦Type-C接口的應用迎來了爆發式的成長。Type-C支援PD協定，可以將其作為電源接口使用，Vbus上可能會受到極強的EOS能量衝擊，這種能量衝擊包括但不限於線纜插拔，連接器接觸不良等因素。這種能量一旦損壞PD控制晶片，整部電腦將無法開機，所以TVS的耐受度和防護性能缺一不可。晶焱科技推出的AZ4920-01F，採用業內廣泛使用的DFN2018P6E封裝，Ipp達140A，Vcl=26V@40A，能夠有效的保護後端脆弱的PDIC。美中不足的是，這種封裝佔用PCB面積較大。晶焱科技已經推出採用DFN1610(0603)較小封裝的AZ4520-01F，封裝更小性能更強的產品也正在開發中。

Type-C介面不只有Vbus可能出現EOS現象，資料端口也會遭受浪湧能量的衝擊，其中USB 2.0的D+/D-一般與CPU直接相連，一旦燒毀CPU將導致極高的返修成本，所以很多品牌廠商已經開始執行EOS測試。由於訊號線需要考慮寄生電容的影響，晶焱科技的AZ5515-02F，寄生電容值為0.8pF(Typ.)，具有11A的IPP，箝制電壓為9V@11A；在面對負電壓浪湧能量時，這顆TVS的優勢會更大，啟動電壓約為-0.7V，箝制電壓僅有-3V@-11A，對負電壓敏感的IC來說，有極好的防護能力。AZ5515-02F是DFN1006P3X(0402-2ch)的封裝，可以同時保護2個通道，解決了PCB面積緊張的問題。

對於Type-C的高速差分訊號TX/RX的EOS防護，目前也是產業內關注的重點，要求TVS超低電容，同時還要兼顧耐受度和保護效果。在評估防護方案時，AZ5B0S-01F是非常合適的選擇，這顆TVS的寄生電容僅有0.2pF(Typ.)，可以支援到USB4的速率，IPP能夠達到7A，並且Vcl=4V@7A，封裝為DFN0603(0201)。

筆記型電腦EOS返修率較高的另一個外部介面是HDMI。由於sink端常常是帶電的，線材頻繁的插拔非常容易導致EOS現象的發生，所以需要更強浪湧防護能力的TVS， AZ1243-04F能夠在HDMI2.0的介面上提供高達IPP=12A的超高耐受度，並且Vcl=7.5V@12A。隨著HDMI2.0向HDMI2.1演進，傳輸速率大幅提高，對TVS的箝制電壓和寄生電容提出了更高的要求，晶焱科技的AZ1123-04F，寄生電容小於0.2pF,IPP可達6.5A，提供Vcl=10V@6.5A的強大保護能力。在HDMI的低速訊號線上我們同樣有集成式的AZ1575-04S，Power端口IPP可達70A，IO口的IPP可達20A。文後圖中為Type-C和HDMI介面的完整保護方案。

隨著客戶需求的多樣化，PC產業依舊在飛速發展，越來越多的品牌廠商不僅在更多的接口上執行EOS測試，而且測試等級要求更為嚴格；晶焱科技有業內首屈一指的解決方案和豐富經驗，能夠協助客戶快速準確的解決問題。