新一代筆記本電腦外部接口的EOS防護

筆記本電腦已經是人們工作，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，目前業內對于靜電測試以及防護方案已經比較成熟，但是產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標準中所規定的的雷擊/浪涌能量，目前消費行業使用的測試波形為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，關鍵參數就是浪涌鉗位電壓(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式的增長，新推出產品上至少有一個Type-C接口。Type-C支持PD協議，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，是以往產品設計上未曾遇到的挑戰，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是業內廣泛采用的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。目前晶焱科技已經推出采用DFN1610(0603) 較小封裝的AZ4520-01F，封裝更小性能更強的產品也正在開發中。

圖二：Type-C Vbus EOS測試設置

Type-C接口不只有Vbus可能出現EOS現象，數據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EOS現象。如圖二所示，針對數據端口目前很多品牌廠商已經開始執行EOS測試要求。由于數據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，目前也是行業內關注的重點，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現象的發生，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。隨著產業的發展，HDMI2.0向HDMI2.1過渡，數據速率從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產業依舊在飛速發展，越來越多的品牌廠商不僅在更多的接口上執行EOS測試，而且測試等級要求更為嚴格;晶焱科技有業內首屈一指的解決方案和豐富經驗，能夠幫助客戶快速準確的解決問題。

審核編輯：湯梓紅