DP2.0應(yīng)用的ESD/EOS最佳解決方案

隨著高清晰影像的需求逐漸提高，沒有高解析度的顯示器是無法滿足使用者的需求。而VESA釋出DP2.0的規(guī)格最高可以提供80Gbps 的傳輸速率，憑借著出色的傳輸效能，可以輸出16K@60Hz及8K@120Hz最佳解析度的影像來滿足使用者需求。為實現(xiàn)如此高速的傳輸速度，DP2.0控制晶片必須使用先進(jìn)的半導(dǎo)體制程技術(shù)，但也造成DP2.0控制晶片對靜電放電(ESD)的耐受能力快速下降。

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DP2.0分為三種不同標(biāo)準(zhǔn)，按照頻寬分為UHBR 10、UHBR 13.5、UHBR 20(如圖一所示)，UHBR 10每通道頻寬為10Gbps，DisplayPort與USB Type C接口皆可以采用，而UHBR 13.5、UHBR 20就不一樣了，只能建構(gòu)在USB Type C的接口上，此介面除了可以將傳輸速率提高到80Gbps，而且USB PD供電最高還可以達(dá)到100W來實現(xiàn)快速充電。

圖一: DisplayPort 2.0: UHBR Modes

來USB Type C接口將成為電視、螢?zāi)?、個人電腦及筆電…等消費性電子產(chǎn)品的主流接口。與傳統(tǒng)USB相同，USB Type C在系統(tǒng)上是外露給使用者隨時可以插拔的接口，最普遍的應(yīng)用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個熱插拔動作卻也經(jīng)常是造成電子系統(tǒng)工作異常、甚至造成USB Type C控制元件毀壞的元兇，因為這樣的動作相當(dāng)容易造成ESD等暫態(tài)雜訊問題。在熱插拔中，由于接口端的訊號線已經(jīng)帶電，這樣的帶電電纜在接觸系統(tǒng)時，將形成放電動作。這種現(xiàn)象等同于靜電放電效應(yīng)會對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，一般稱這種現(xiàn)象為直接放電。目前在系統(tǒng)的靜電放電測試上，越來越多的廠商要求以Direct-Pin Injection方式測試產(chǎn)品，以此來模擬系統(tǒng)在用戶端使用時最常遭受到的ESD事件。

在ESD的系統(tǒng)測試要求方面，除了必須通過IEC61000-4-2的規(guī)范外，有部份品牌廠商甚至規(guī)范其產(chǎn)品USB Type C連接器需以Direct-Pin Injection的測試方式通過±8kV的ESD轟擊。因此使用ESD保護(hù)元件于USB Type C介面來防止ESD事件對資料傳輸?shù)母蓴_是絕對需要的。

對于DP2.0的高速介面而言，在選擇ESD/EOS保護(hù)元件時必須考慮到：

1. 為確保DP2.0高速訊號傳輸時的訊號完整性，所以選擇ESD保護(hù)元件時，須選擇其寄生電容較低的ESD保護(hù)元件，建議寄生電容低于0.2pF。

2. 防護(hù)元件對ESD的耐受能力必須要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的轟擊。

3. ESD Clamping voltage是最重要的參考參數(shù)， ESD保護(hù)元件若要對系統(tǒng)提供有效保護(hù)，最需要考慮鉗制電壓是否夠低，使得ESD的能量能被鉗制 在更低的電壓以防止系統(tǒng)內(nèi)部電路受到干擾或損毀，此鉗制電壓是判斷ESD保護(hù)元件對于系統(tǒng)電路保護(hù)效能最重要的參數(shù)。

4. USB PD充電技術(shù)可以支援四段電壓(5V/9V/15V/20V)，頻繁的熱插拔電源線將極易引發(fā)ESD/EOS問題，因此需在系統(tǒng)上采用更加完善的外部突波ESD/EOS保護(hù)方案設(shè)計。

晶焱科技擁有先進(jìn)的ESD防護(hù)設(shè)計技術(shù)，特別針對DP2.0的需求推出AZ5B0S-01F。為避免防護(hù)元件的寄生電容影響DP2.0差動訊號的高速傳輸，AZ5B0S-01F的寄生電容已低于0.2pF，能夠順利的通過Eye Diagram測試。最重要的是AZ5B0S-01F產(chǎn)品擁有極低的ESD鉗制電壓，能夠有效地協(xié)助DP2.0介面通過Direct-Pin Injection±8kV的靜電放電轟擊。圖二為利用TLP量測AZ5B0S-01F產(chǎn)品的電流對電壓曲線。在IEC 61000-4-2接觸模式8kV的ESD轟擊下(等效TLP電流約為16A)，鉗制電壓僅有5.5V，能有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品于ESD測試時發(fā)生資料錯誤、當(dāng)機甚至損壞的情況。

圖二、AZ5B0S-01F的ESD鉗制電壓特性曲線

其余的訊號線(AUX/D+/D-/CC/HPD)建議采用DFN1006P3X封裝的AZ5515-02F，其單體可耐受IEC61000-4-5 (8/20μS)的能量約11A，ESD鉗制電壓僅10V@16A(如圖三所示)。

圖三、AZ5515-02F的ESD鉗制電壓特性曲線

此接口還可提供快速充電，在電源端需依設(shè)計的電壓選用一顆合適的EOS防護(hù)元件(如圖 AZ3105-01F/AZ4510-01F/AZ4516-01F/AZ4520-01F)來保護(hù)，此時就可以完整地保護(hù)此接口不受ESD/EOS的威脅，圖四即為完整的DP2.0介面的ESD/EOS解決方案保護(hù)線路。

圖四、DP2.0介面的ESD/EOS解決方案保護(hù)線路

審核編輯：湯梓紅