新一代笔记本电脑外部接口的EOS防护

新一代笔记本电脑外部接口的EOS防护

笔记本电脑已经是人们工作，娱乐和生活中必不可少的工具，在目前全球疫情流行的环境下，大家有更多的移动办公，线上会议和居家娱乐的需求，随着应用场景愈加复杂，笔记本电脑也面临更多的可靠性挑战，目前业内对于静电测试以及防护方案已经比较成熟，但是产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的缩写，本身是一个宽泛的概念，即元器件承受了过高的电压/电流，本文中所指的EOS表示符合IEC61000-4-5标准中所规定的的雷击/浪涌能量，目前消费行业使用的测试波形为1.2/50μs开路电压和8/20μs短路电流波形(如图一)，使用的阻抗网络为2Ω。

图一：1.2/50μS开路电压波形(左)和8/20μS短路电流波形(右)

相较于ESD，EOS的持续时间更长，能量远大于ESD。所以在评估防护EOS的TVS时，需要更多的考虑TVS管的最大耗散电流(Ipp),此参数是用来描述TVS管本身对于EOS的耐受度，Ipp越大表示对浪涌图二：Type-C Vbus EOS测试设置能量的耐受度越强。在系统应用中，不仅要考虑TVS管的耐受度，更要考虑TVS管的保护效果，关键参数就是浪涌钳位电压(Vcl-surge)，Vcl越低表示保护效果越强。

笔记本电脑上目前Type-C接口的应用迎来了爆发式的增长，新推出产品上至少有一个Type-C接口。Type-C支持PD协议，可以将其作为电源接口使用，显著提高了使用者的体验，随之而来的，是以往产品设计上未曾遇到的挑战，电源线Vbus上可能会受到极强的EOS能量冲击，这种能量冲击包括但不限于线缆插拔，连接器接触不良等因素。这种能量一旦损坏PD控制芯片，整个电脑可能无法开机。所以TVS的高耐受度和强防护性能缺一不可。晶焱科技推出的AZ4920-01F, Ipp可以达到140A，Vcl=26V@40A，能够有效的保护后端脆弱的PD控制芯片。并且AZ4920-01F是业内广泛采用的DFN2018P6E封装，从供应角度也是非常合适的选择。美中不足的是，这种封装占用PCB面积较大。目前晶焱科技已经推出采用DFN1610(0603) 较小封装的AZ4520-01F，封装更小性能更强的产品也正在开发中。

图二：Type-C Vbus EOS测试设置

Type-C接口不只有Vbus可能出现EOS现象，数据接口也有可能遭受浪涌能量的冲击，其中USB 2.0的D+/D-一般与CPU直接相连，一旦烧毁CPU将导致极高的返修成本;CC，SBU端口也同样会出现EOS现象。如图二所示，针对数据端口目前很多品牌厂商已经开始执行EOS测试要求。由于数据端口需要考虑寄生电容的影响，晶焱科技的AZ5515-02F，寄生电容值为0.8pF(Typ.)，具有11A的IPP，钳位电压在11A时仅有9V;在面对负电压浪涌能量时，这颗TVS的优势会更大，启动电压约为-0.7V，在浪涌电流为-11A时，钳位电压仅有-3V，对负电压敏感的IC来说，有极好的防护能力。AZ5515-02F是DFN1006P3X(0402-2ch)的封装，可以同时保护2个通道，解决了PCB面积紧张的问题。图三为AZ5515-02F的浪涌防护性能曲线。

图三：AZ5515-02F EOS防护性能曲线

对于Type-C的高速差分接口TX/RX的EOS防护，目前也是行业内关注的重点，由于信号速率更高，要求TVS超低电容，同时还要兼顾耐受度和保护效果。所以在评估防护方案时，AZ5B0S-01F是非常合适的选择，这颗TVS的寄生电容仅有0.2pF(Typ.)，可以支持到USB4的速率，IPP能够达到7A，并且Vcl=4V@7A，能够非常好的保护后端IC，封装为DFN0603(0201).图四即为完整的Type-C端口防护设计。

图四：支持USB4的Type-C EOS防护方案

笔记本电脑外部接口EOS返修的另一个高发部位是HDMI接口。由于sink端常常是带电的，线缆频繁的插拔非常容易导致EOS现象的发生，所以需要更强浪涌防护能力的TVS，晶焱科技的AZ1243-04F能够在HDMI2.0的接口上提供高达IPP=12A的超高耐受度，并且Vcl=7.5V@12A。随着产业的发展，HDMI2.0向HDMI2.1过渡，数据速率从16Gbps提升到48Gbps，后端IC更加敏感，对TVS的钳位电压和寄生电容提出了更高的要求，晶焱科技的AZ1123-04F，寄生电容小于0.2pF,IPP可达6.5A，并且提供Vcl=10V@6.5A的强大保护能力，支持HDMI2.1。在HDMI的低速接口上，我们同样有集成式的AZ1575-04S提供强大的EOS防护能力,Power端口IPP可达70A，IO口的IPP可达20A。图五为完整的HDMI接口EOS防护方案。

图五：HDMI 2.0/2.1 EOS防护方案

随着客户需求的多样化，PC产业依旧在飞速发展，越来越多的品牌厂商不仅在更多的接口上执行EOS测试，而且测试等级要求更为严格;晶焱科技有业内首屈一指的解决方案和丰富经验，能够帮助客户快速准确的解决问题。

审核编辑：汤梓红