防止VBUS誤觸至CC and SBU造成端口失效的TVS防護方案

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

2013年，USB-IF協(xié)會發(fā)布了Type-C端口，此接口一經推出，就受到廣大消費者以及業(yè)界的歡迎。Type-C端口小巧，支持正反插，不僅是信號傳輸?shù)亩丝?，同時也是供電端口。目前主流設備支持的PD 3.0協(xié)議最高可以達到20V，5A的規(guī)格。對于信號傳輸，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，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，連接器的PIN腳數(shù)量達到了24pin，引腳之間的間距非常小。在復雜的實際應用場景中，容易造成pin腳之間搭接、錯位。其中最危險的情況就是VBUS在正常提供20V的DC Power時，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，當有20V的DC Power短接時，可能會造成后端IC燒毀和端口的TVS損壞。所以在端口防護設計時候，除了要滿足ESD和EOS的防護要求外，還要考慮到如果VBUS短接到CC和SBU時，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，許多消費類產品的頭部廠商已經提出在CC和SBU端口上，除了已有的ESD測試之外，還要加入DC直流耐壓測試，也就是進行20V DC Power持續(xù)1分鐘~3分鐘不等的直流耐壓測試。目前主流的設計架構是靠近Type-C端口放置TVS，后端選擇帶OVP（Over voltage protection）的USB控制芯片，這樣的設計架構才能夠保證端口有足夠的防護能力。但是如果仍然使用傳統(tǒng)的VRWM=5V的TVS，將會導致DC直流測試無法通過，所以必須要使用VRWM≥20V的TVS，這種使用方法又帶來了一個問題，傳統(tǒng)VRWM≥20V的TVS其鉗位電壓VCL（Clamping voltage）也會很高，導致其ESD/EOS保護效果較差，甚至會導致整機ESD Pin injection測試失敗。所以需要一種能夠既能滿足直流耐壓測試，又能夠有良好保護效果的TVS，晶焱科技推出了專門針對這種應用場景的AZ5H25-01B。 AZ5H25-01B的特點在于與傳統(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不會啟動（如表1），這保證了20V直流測試時，AZ5H25-01B不會誤啟動，避免了TVS管被直流能量燒毀的風險。同時，AZ5H25-01B的ESD鉗位電壓在8kV時僅有10V，能夠幫助整機輕松的通過ESD測試。并且其浪涌耐受度也可以達到6.5A(8/20μS，IEC61000-4-5)，有較好的EOS防護能力。

表1. AZ5H25-01B電氣參數(shù)

AZ5H25-01B的ESD鉗位電壓非常優(yōu)秀，有一個原因是TVS在啟動之后，snap-back電壓的最低點VHOLD可以做到約6V（如圖2所示）。這樣既可以達到降低鉗位電壓的目的，又可以保證不會影響到CC/SBU的信號，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時可能面臨的Latch-up風險。

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，能夠滿足日益增長的設備小型化需求，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端口使用的超低電容TVS AZ5B9S-01F; CC/SBU滿足直流耐壓測試，靜電鉗位電壓超低的AZ5H25-01B；滿足VBUS高浪涌測試的AZ4520-01F/AZ4920-01F。示例LAYOUT如圖3所示。

圖3. AZ5H25-01B Type-C USB4端口Layout示例

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

審核編輯：湯梓紅