防止VBUS誤觸至CC and SBU造成端口失效的TVS防護(hù)方案

AMAZINGIC晶焱科技提供防止VBUS誤觸至CC and SBU造成端口失效的TVS防護(hù)方案

2013年，USB-IF協(xié)會(huì)發(fā)布了Type-C端口，此接口一經(jīng)推出，就受到廣大消費(fèi)者以及業(yè)界的歡迎。Type-C端口小巧，支持正反插，不僅是信號(hào)傳輸?shù)亩丝?，同時(shí)也是供電端口。目前主流設(shè)備支持的PD 3.0協(xié)議最高可以達(dá)到20V，5A的規(guī)格。對(duì)于信號(hào)傳輸，Type-C端口更是最高可以支持到USB4 40Gbps的超高規(guī)格，并且還可以兼容DP等視頻協(xié)議。

Type-C具有很多的優(yōu)點(diǎn)，端口尺寸僅有8.6mm*2.6mm，支持正反插并且功能豐富。但是事物都具有兩面性，在如此緊湊的空間內(nèi)，連接器的PIN腳數(shù)量達(dá)到了24pin，引腳之間的間距非常小。在復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，容易造成pin腳之間搭接、錯(cuò)位。其中最危險(xiǎn)的情況就是VBUS在正常提供20V的DC Power時(shí)，短接到CC或者SBU pin(如圖1所示)。由于CC和SBU pin正常的工作電壓是5V左右，當(dāng)有20V的DC Power短接時(shí)，可能會(huì)造成后端IC燒毀和端口的TVS損壞。所以在端口防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)候，除了要滿足ESD和EOS的防護(hù)要求外，還要考慮到如果VBUS短接到CC和SBU時(shí)，不能出現(xiàn)硬件損壞。

圖1. Type-C接口的引腳分布

正是考慮到終端客戶的這種失效模式，許多消費(fèi)類產(chǎn)品的頭部廠商已經(jīng)提出在CC和SBU端口上，除了已有的ESD測(cè)試之外，還要加入DC直流耐壓測(cè)試，也就是進(jìn)行20V DC Power持續(xù)1分鐘~3分鐘不等的直流耐壓測(cè)試。目前主流的設(shè)計(jì)架構(gòu)是靠近Type-C端口放置TVS，后端選擇帶OVP（Over voltage protection）的USB控制芯片，這樣的設(shè)計(jì)架構(gòu)才能夠保證端口有足夠的防護(hù)能力。但是如果仍然使用傳統(tǒng)的VRWM=5V的TVS，將會(huì)導(dǎo)致DC直流測(cè)試無法通過，所以必須要使用VRWM≥20V的TVS，這種使用方法又帶來了一個(gè)問題，傳統(tǒng)VRWM≥20V的TVS其鉗位電壓VCL（Clamping voltage）也會(huì)很高，導(dǎo)致其ESD/EOS保護(hù)效果較差，甚至?xí)?dǎo)致整機(jī)ESD Pin injection測(cè)試失敗。所以需要一種能夠既能滿足直流耐壓測(cè)試，又能夠有良好保護(hù)效果的TVS，晶焱科技推出了專門針對(duì)這種應(yīng)用場(chǎng)景的AZ5H25-01B。 AZ5H25-01B的特點(diǎn)在于與傳統(tǒng)的5V TVS不同，其VBV(崩潰電壓)不再是6V左右，而是確保在26.5V之前，TVS不會(huì)啟動(dòng)（如表1），這保證了20V直流測(cè)試時(shí)，AZ5H25-01B不會(huì)誤啟動(dòng)，避免了TVS管被直流能量燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，AZ5H25-01B的ESD鉗位電壓在8kV時(shí)僅有10V，能夠幫助整機(jī)輕松的通過ESD測(cè)試。并且其浪涌耐受度也可以達(dá)到6.5A(8/20μS，IEC61000-4-5)，有較好的EOS防護(hù)能力。

表1. AZ5H25-01B電氣參數(shù)

AZ5H25-01B的ESD鉗位電壓非常優(yōu)秀，有一個(gè)原因是TVS在啟動(dòng)之后，snap-back電壓的最低點(diǎn)VHOLD可以做到約6V（如圖2所示）。這樣既可以達(dá)到降低鉗位電壓的目的，又可以保證不會(huì)影響到CC/SBU的信號(hào)，避免Latch-up。晶焱科技將AZ5H25-01B定義為VRWM=5V,這樣可以完全避免工程師根據(jù)VRWM來選擇TVS時(shí)可能面臨的Latch-up風(fēng)險(xiǎn)。

圖2. AZ5H25-01B TLP特性曲線

AZ5H25-01B的封裝大小為0201，體積小，擺放靈活，能夠滿足日益增長(zhǎng)的設(shè)備小型化需求，在USB 4的全功能接口上，晶焱科技能夠提供包括超高速信號(hào)端口使用的超低電容TVS AZ5B9S-01F; CC/SBU滿足直流耐壓測(cè)試，靜電鉗位電壓超低的AZ5H25-01B；滿足VBUS高浪涌測(cè)試的AZ4520-01F/AZ4920-01F。示例LAYOUT如圖3所示。

圖3. AZ5H25-01B Type-C USB4端口Layout示例

隨著時(shí)代的發(fā)展，Type-C端口的使用率越來越高，使用場(chǎng)景也越來越復(fù)雜，隨之而來的是設(shè)備返修率升高。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要考慮到ESD和EOS防護(hù)，還要考慮到直流耐壓測(cè)試等特殊狀況。晶焱科技可以提供數(shù)百種類的產(chǎn)品，協(xié)助客戶提高產(chǎn)品的魯棒性，降低返修率，使產(chǎn)品更加可靠。

審核編輯：湯梓紅