AMAZINGIC晶焱科技考慮寄生電容的高速接口中的TVS選擇以及方案應(yīng)用由授權(quán)一級(jí)代理分銷(xiāo)KOYUELEC光與電子0755-82574660，82542001為ODM研發(fā)設(shè)計(jì)工程師提供技術(shù)選型和方案應(yīng)用支持。

摘要：

TVS的選擇與其保護(hù)的應(yīng)用接口息息相關(guān)，除了TVS的操作電壓必須大于或等于保護(hù)線(xiàn)的操作電壓之外，若是應(yīng)用在高速的傳輸接口保護(hù)上，TVS的寄生電容值也必須加入考慮，否則可能會(huì)影響訊號(hào)完整性(Signal Integrity)，造成訊號(hào)傳輸波形的失真，無(wú)法判讀。但相反的，也有少數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師因過(guò)度追求訊號(hào)完整度，而在訊號(hào)線(xiàn)要求過(guò)低電容值的TVS，造成可選擇的防護(hù)組件方案鉗位電壓 (clamping voltage) 過(guò)高，如此可能?chē)?yán)重影響TVS防護(hù)系統(tǒng)的效果，不符合防護(hù)設(shè)計(jì)方案的初衷。

本文將針對(duì)高速接口的傳輸速度說(shuō)明TVS的選擇方案，并且透過(guò)反射損耗來(lái)估計(jì)高速訊號(hào)的最大容許電容值，避免設(shè)計(jì)工程師挑選過(guò)小或過(guò)大電容值的防護(hù)方案。

寄生電容對(duì)于高速訊號(hào)的失真影響

如下圖一表示，訊號(hào)在線(xiàn)對(duì)地電容的大小會(huì)造成訊號(hào)的上升與下降時(shí)間變慢，進(jìn)而造成訊號(hào)的波形失真，對(duì)地電容越大則會(huì)使上升與下降時(shí)間越慢，如下式一、二。當(dāng)訊號(hào)的失真程度大過(guò)IC可以辨別的閥值情況，則有誤碼的情況產(chǎn)生。因此在高寄生電容的情況下，要解決誤碼情況則需要增長(zhǎng)Bit Time使得訊號(hào)有足夠時(shí)間上升或下降至判斷閥值區(qū)，進(jìn)而造成訊號(hào)傳輸速度變慢。

For Rising State: V(t)=V_0 (1-e^(-t/RC)) 式一

For Falling State: V(t)=V_0 (e^(-t/RC)) 式二

Fig. 1 電容對(duì)于訊號(hào)的失真影響

然而從時(shí)域的波形中較難量化電容值的大小將造成多嚴(yán)重的訊號(hào)失真，因此在高速數(shù)字訊號(hào)或射頻線(xiàn)路的設(shè)計(jì)中，會(huì)透過(guò)FFT (Fast Fourier Transform) 將時(shí)域轉(zhuǎn)換為頻域來(lái)做表示，即S參數(shù)(S-Parameter)，如: S11 Return Loss(反射損失)與S21 Insertion Loss(插入損失)。

高頻訊號(hào)衰減與電容考慮

S11 Return Loss (反射損失) 描述當(dāng)傳輸線(xiàn)兩端阻抗不匹配時(shí)，電磁波在兩接口間產(chǎn)生反射，而反射波與入射波功率的功率比值即Return Loss。TVS在電路上的應(yīng)用需與終端阻抗并聯(lián)到地，故會(huì)增加電容性負(fù)載，使得阻抗發(fā)生變化。

首先，假設(shè)單端傳輸線(xiàn)特征阻抗為50 Ohm且為理想正弦波，普遍射頻工程上以S11小于 -10dB來(lái)判別是否阻抗匹配，當(dāng)S11小于 -10dB時(shí)，代表入射功率可以傳送超過(guò)90%至負(fù)載端。接著計(jì)算不同操作頻率下的等效電容值，我們就可以得到圖二中的紅色線(xiàn)，藉此來(lái)判斷不同速度的高速接口，其TVS的寄生電容值選擇上限。

Fig. 2 不同反射損耗條件下要求的電容負(fù)載容許度

以USB4為例，其單一條Tx/Rx的最高傳輸速度可達(dá)20 Gbps，操作頻率可等效為10 GHz的基頻，因此從圖二中可以觀察到，一條高速在線(xiàn)在S11= -10 dB的情況下，最大可容許約0.29 pF的寄生電容。此外，亦可采用類(lèi)似的方法針對(duì)S21 Insertion Loss (插入損失) 進(jìn)行 TVS 的電容評(píng)估，不論采用 S11 或 S21 的評(píng)估結(jié)果是相等的，因?yàn)閷?duì)于對(duì)地電容造成的反射波功率即插入的功率損耗 (S21)。然而不同的傳輸接口，訊號(hào)衰減忍受程度都不同，各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以留給 TVS 的余量也不同，最后我們可以從各傳輸接口的眼圖條件(訊號(hào)衰減程度)來(lái)判別TVS應(yīng)該容許的寄生電容大小。

晶焱科技的高速接口ESD解決方案

晶焱科技擁有業(yè)界規(guī)格最高也最完整的高速接口ESD解決方案，USB、HDMI、LAN Port對(duì)應(yīng)的解決方案應(yīng)有盡有，可參考下表一。AZ5B9S-01F僅有0.18pF的寄生電容，在相同DFN0603的封裝大小，提供業(yè)界最低的4.6V鉗制電壓，是保護(hù)USB4 Re-timer/Controller的最佳選擇。晶焱在市場(chǎng)多年的耕耘，與客戶(hù)的密切合作令晶焱的產(chǎn)品與市場(chǎng)完美接軌，幫助客戶(hù)解決ESD的同時(shí)，更保證了高速接口的訊號(hào)質(zhì)量。

Table 1. 晶焱科技提供的ESD解決方案

審核編輯：湯梓紅