新一代筆記本電腦外部接口的EOS防護(hù)

筆記本電腦已經(jīng)是人們工作，娛樂(lè)和生活中必不可少的工具，在目前全球疫情流行的環(huán)境下，大家有更多的移動(dòng)辦公，線上會(huì)議和居家?jiàn)蕵?lè)的需求，隨著應(yīng)用場(chǎng)景愈加復(fù)雜，筆記本電腦也面臨更多的可靠性挑戰(zhàn)，目前業(yè)內(nèi)對(duì)于靜電測(cè)試以及防護(hù)方案已經(jīng)比較成熟，但是產(chǎn)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，本身是一個(gè)寬泛的概念，即元器件承受了過(guò)高的電壓/電流，本文中所指的EOS表示符合IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的的雷擊/浪涌能量，目前消費(fèi)行業(yè)使用的測(cè)試波形為1.2/50μs開(kāi)路電壓和8/20μs短路電流波形(如圖一)，使用的阻抗網(wǎng)絡(luò)為2Ω。

圖一：1.2/50μS開(kāi)路電壓波形(左)和8/20μS短路電流波形(右)

相較于ESD，EOS的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，能量遠(yuǎn)大于ESD。所以在評(píng)估防護(hù)EOS的TVS時(shí)，需要更多的考慮TVS管的最大耗散電流(Ipp),此參數(shù)是用來(lái)描述TVS管本身對(duì)于EOS的耐受度，Ipp越大表示對(duì)浪涌圖二：Type-C Vbus EOS測(cè)試設(shè)置能量的耐受度越強(qiáng)。在系統(tǒng)應(yīng)用中，不僅要考慮TVS管的耐受度，更要考慮TVS管的保護(hù)效果，關(guān)鍵參數(shù)就是浪涌鉗位電壓(Vcl-surge)，Vcl越低表示保護(hù)效果越強(qiáng)。

筆記本電腦上目前Type-C接口的應(yīng)用迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，新推出產(chǎn)品上至少有一個(gè)Type-C接口。Type-C支持PD協(xié)議，可以將其作為電源接口使用，顯著提高了使用者的體驗(yàn)，隨之而來(lái)的，是以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)上未曾遇到的挑戰(zhàn)，電源線Vbus上可能會(huì)受到極強(qiáng)的EOS能量沖擊，這種能量沖擊包括但不限于線纜插拔，連接器接觸不良等因素。這種能量一旦損壞PD控制芯片，整個(gè)電腦可能無(wú)法開(kāi)機(jī)。所以TVS的高耐受度和強(qiáng)防護(hù)性能缺一不可。晶焱科技推出的AZ4920-01F, Ipp可以達(dá)到140A，Vcl=26V@40A，能夠有效的保護(hù)后端脆弱的PD控制芯片。并且AZ4920-01F是業(yè)內(nèi)廣泛采用的DFN2018P6E封裝，從供應(yīng)角度也是非常合適的選擇。美中不足的是，這種封裝占用PCB面積較大。目前晶焱科技已經(jīng)推出采用DFN1610(0603) 較小封裝的AZ4520-01F，封裝更小性能更強(qiáng)的產(chǎn)品也正在開(kāi)發(fā)中。

圖二：Type-C Vbus EOS測(cè)試設(shè)置

Type-C接口不只有Vbus可能出現(xiàn)EOS現(xiàn)象，數(shù)據(jù)接口也有可能遭受浪涌能量的沖擊，其中USB 2.0的D+/D-一般與CPU直接相連，一旦燒毀CPU將導(dǎo)致極高的返修成本;CC，SBU端口也同樣會(huì)出現(xiàn)EOS現(xiàn)象。如圖二所示，針對(duì)數(shù)據(jù)端口目前很多品牌廠商已經(jīng)開(kāi)始執(zhí)行EOS測(cè)試要求。由于數(shù)據(jù)端口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，鉗位電壓在11A時(shí)僅有9V;在面對(duì)負(fù)電壓浪涌能量時(shí)，這顆TVS的優(yōu)勢(shì)會(huì)更大，啟動(dòng)電壓約為-0.7V，在浪涌電流為-11A時(shí)，鉗位電壓僅有-3V，對(duì)負(fù)電壓敏感的IC來(lái)說(shuō)，有極好的防護(hù)能力。AZ5515-02F是DFN1006P3X(0402-2ch)的封裝，可以同時(shí)保護(hù)2個(gè)通道，解決了PCB面積緊張的問(wèn)題。圖三為AZ5515-02F的浪涌防護(hù)性能曲線。

圖三：AZ5515-02F EOS防護(hù)性能曲線

對(duì)于Type-C的高速差分接口TX/RX的EOS防護(hù)，目前也是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)，由于信號(hào)速率更高，要求TVS超低電容，同時(shí)還要兼顧耐受度和保護(hù)效果。所以在評(píng)估防護(hù)方案時(shí)，AZ5B0S-01F是非常合適的選擇，這顆TVS的寄生電容僅有0.2pF(Typ.)，可以支持到USB4的速率，IPP能夠達(dá)到7A，并且Vcl=4V@7A，能夠非常好的保護(hù)后端IC，封裝為DFN0603(0201).圖四即為完整的Type-C端口防護(hù)設(shè)計(jì)。

圖四：支持USB4的Type-C EOS防護(hù)方案

筆記本電腦外部接口EOS返修的另一個(gè)高發(fā)部位是HDMI接口。由于sink端常常是帶電的，線纜頻繁的插拔非常容易導(dǎo)致EOS現(xiàn)象的發(fā)生，所以需要更強(qiáng)浪涌防護(hù)能力的TVS，晶焱科技的AZ1243-04F能夠在HDMI2.0的接口上提供高達(dá)IPP=12A的超高耐受度，并且Vcl=7.5V@12A。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，HDMI2.0向HDMI2.1過(guò)渡，數(shù)據(jù)速率從16Gbps提升到48Gbps，后端IC更加敏感，對(duì)TVS的鉗位電壓和寄生電容提出了更高的要求，晶焱科技的AZ1123-04F，寄生電容小于0.2pF,IPP可達(dá)6.5A，并且提供Vcl=10V@6.5A的強(qiáng)大保護(hù)能力，支持HDMI2.1。在HDMI的低速接口上，我們同樣有集成式的AZ1575-04S提供強(qiáng)大的EOS防護(hù)能力,Power端口IPP可達(dá)70A，IO口的IPP可達(dá)20A。圖五為完整的HDMI接口EOS防護(hù)方案。

圖五：HDMI 2.0/2.1 EOS防護(hù)方案

隨著客戶需求的多樣化，PC產(chǎn)業(yè)依舊在飛速發(fā)展，越來(lái)越多的品牌廠商不僅在更多的接口上執(zhí)行EOS測(cè)試，而且測(cè)試等級(jí)要求更為嚴(yán)格;晶焱科技有業(yè)內(nèi)首屈一指的解決方案和豐富經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助客戶快速準(zhǔn)確的解決問(wèn)題。

審核編輯：湯梓紅