新一代笔记本电脑外部接口的EOS防护

支持USB4的Type-C EOS防护方案。晶焱

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，在线会议和居家娱乐的需求，产品也面临更多的可靠性挑战，目前业内对于静电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，即元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标准中所规定的雷击/浪涌能量。目前消费类产品使用的测试波形为1.2/50μs开路电压和8/20μs短路电流波形，使用的阻抗网络为2Ω。

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，需要考虑TVS的最大宣泄电流(Ipp)，此参数是描述TVS本身对于EOS的耐受度，Ipp越大表示对浪涌能量的耐受度越强。在系统应用中，不仅要考虑TVS的耐受度，更要考虑TVS的保护效果，关键参数浪涌箝制电压(Vcl-surge)，Vcl越低表示保护效果越强。

笔记本电脑Type-C接口的应用迎来了爆发式的成长。Type-C支持PD协定，可以将其作为电源接口使用，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，整部电脑将无法开机，所以TVS的耐受度和防护性能缺一不可。晶焱科技推出的AZ4920-01F，采用业内广泛使用的DFN2018P6E封装，Ipp达140A，Vcl=26V@40A，能够有效的保护后端脆弱的PDIC。美中不足的是，这种封装占用PCB面积较大。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。

Type-C界面不只有Vbus可能出现EOS现象，数据端口也会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，所以很多品牌厂商已经开始执行EOS测试。由于信号线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，箝制电压为9V@11A；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，箝制电压仅有-3V@-11A，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。

对于Type-C的高速差分信号TX/RX的EOS防护，目前也是产业内关注的重点，要求TVS超低电容，同时还要兼顾耐受度和保护效果。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，封装为DFN0603(0201)。

笔记本电脑EOS返修率较高的另一个外部界面是HDMI。由于sink端常常是带电的，线材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， AZ1243-04F能够在HDMI2.0的界面上提供高达IPP=12A的超高耐受度，并且Vcl=7.5V@12A。随着HDMI2.0向HDMI2.1演进，传输速率大幅提高，对TVS的箝制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，提供Vcl=10V@6.5A的强大保护能力。在HDMI的低速信号在线我们同样有整合式的AZ1575-04S，Power端口IPP可达70A，IO口的IPP可达20A。文后图中为Type-C和HDMI界面的完整保护方案。

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，能够协助客户快速准确的解决问题。