筆記本電腦已經(jīng)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(huán)境下,大家有更多的移動辦公,線上會議和居家娛樂的需求,隨著應用場景愈加復雜,筆記本電腦也面臨更多的可靠性挑戰(zhàn),目前業(yè)內(nèi)對于靜電測試以及防護方案已經(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,本身是一個寬泛的概念,即元器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(guī)定的的雷擊/浪涌能量,目前消費行業(yè)使用的測試波形為1.2/50μs開路電壓和8/20μs短路電流波形(如圖一),使用的阻抗網(wǎng)絡為2Ω。
圖一:1.2/50μS開路電壓波形(左)和8/20μS短路電流波形(右)
相較于ESD,EOS的持續(xù)時間更長,能量遠大于ESD。所以在評估防護EOS的TVS時,需要更多的考慮TVS管的最大耗散電流(Ipp),此參數(shù)是用來描述TVS管本身對于EOS的耐受度,Ipp越大表示對浪涌圖二:Type-C Vbus EOS測試設置能量的耐受度越強。在系統(tǒng)應用中,不僅要考慮TVS管的耐受度,更要考慮TVS管的保護效果,關(guān)鍵參數(shù)就是浪涌鉗位電壓(Vcl-surge),Vcl越低表示保護效果越強。
筆記本電腦上目前Type-C接口的應用迎來了爆發(fā)式的增長,新推出產(chǎn)品上至少有一個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,隨之而來的,是以往產(chǎn)品設計上未曾遇到的挑戰(zhàn),電源線Vbus上可能會受到極強的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,整個電腦可能無法開機。所以TVS的高耐受度和強防護性能缺一不可。晶焱科技推出的AZ4920-01F, Ipp可以達到140A,Vcl=26V@40A,能夠有效的保護后端脆弱的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,封裝更小性能更強的產(chǎn)品也正在開發(fā)中。
圖二:Type-C Vbus EOS測試設置
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將導致極高的返修成本;CC,SBU端口也同樣會出現(xiàn)EOS現(xiàn)象。如圖二所示,針對數(shù)據(jù)端口目前很多品牌廠商已經(jīng)開始執(zhí)行EOS測試要求。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時僅有9V;在面對負電壓浪涌能量時,這顆TVS的優(yōu)勢會更大,啟動電壓約為-0.7V,在浪涌電流為-11A時,鉗位電壓僅有-3V,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。圖三為AZ5515-02F的浪涌防護性能曲線。
圖三:AZ5515-02F EOS防護性能曲線
對于Type-C的高速差分接口TX/RX的EOS防護,目前也是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點,由于信號速率更高,要求TVS超低電容,同時還要兼顧耐受度和保護效果。所以在評估防護方案時,AZ5B0S-01F是非常合適的選擇,這顆TVS的寄生電容僅有0.2pF(Typ.),可以支持到USB4的速率,IPP能夠達到7A,并且Vcl=4V@7A,能夠非常好的保護后端IC,封裝為DFN0603(0201).圖四即為完整的Type-C端口防護設計。
圖四:支持USB4的Type-C EOS防護方案
筆記本電腦外部接口EOS返修的另一個高發(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致EOS現(xiàn)象的發(fā)生,所以需要更強浪涌防護能力的TVS,晶焱科技的AZ1243-04F能夠在HDMI2.0的接口上提供高達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過渡,數(shù)據(jù)速率從16Gbps提升到48Gbps,后端IC更加敏感,對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6.5A,并且提供Vcl=10V@6.5A的強大保護能力,支持HDMI2.1。在HDMI的低速接口上,我們同樣有集成式的AZ1575-04S提供強大的EOS防護能力,Power端口IPP可達70A,IO口的IPP可達20A。圖五為完整的HDMI接口EOS防護方案。
圖五:HDMI 2.0/2.1 EOS防護方案
隨著客戶需求的多樣化,PC產(chǎn)業(yè)依舊在飛速發(fā)展,越來越多的品牌廠商不僅在更多的接口上執(zhí)行EOS測試,而且測試等級要求更為嚴格;晶焱科技有業(yè)內(nèi)首屈一指的解決方案和豐富經(jīng)驗,能夠幫助客戶快速準確的解決問題。
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