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DATE - 2023/08/18
防止Vbus誤觸至CC and SBU造成埠失效的TVS防護方案

2013年,USB-IF協會發布的Type-C標準,受到廣大消費者以及業界的歡迎。目前主流設備Type-C支援的電源規格可以達到20V,5A,高速信號可以支援到USB4 40Gbps的超高規格,並且相容DP等影音傳輸協議。

Type-C介面尺寸僅有8.6mm*2.6mm,在緊湊的空間內,連接器的PIN腳數量達到了24pin,導致在實際應用場景中,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,誤觸到CC或者SBU pin(如圖1),可能會造成後端IC燒毀和TVS損壞。所以在介面防護設計時,不僅要滿足ESD和EOS的防護要求,還要考慮到CC和SBU不能引發系統燒毀。


目前許多頭部廠商已經提出在Type-C介面上加入20V直流測試。主流的設計架構是靠近Type-C放置TVS,後端選擇加上OVP(Over voltage protection)的USB控制晶片,這樣才能保證足夠的防護能力。如果使用VRWM=5V的TVS,將會導致20V直流測試無法通過,必須要使用VRWM≥20V的TVS,但是傳統的這種TVS其鉗制電壓VCL(Clamping voltage)會很高,ESD/EOS保護效果較差,甚至會影響整機ESD Pin injection測試效果。所以晶焱科技推出了專門針對這種應用場景的AZ5H25-01B。

AZ5H25-01B與傳統的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,避免了20V直流測試時TVS管燒毀的風險。

AZ5H25-01B的ESD鉗制電壓非常優秀,在8kV時僅有10V。TVS的snap-back電壓的最低點VHOLD約6V。這樣既可以降低鉗制電壓,又可以保證不影響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VRWM來選型時可能面臨的Latch-up風險。

AZ5H25-01B的封裝大小為0201,體積小,擺放靈活,能夠滿足設備小型化的需求,在USB 4的全功能介面上,晶焱科技能夠提供包括超低電容TVS AZ5B9S-01F; CC/SBU滿足直流耐壓測試,靜電鉗制電壓超低的AZ5H25-01B;滿足VBUS高浪湧測試的AZ4520-01F/AZ4920-01F。Layout範例如圖2所示。

隨著Type-C介面的使用率提高,使用場景越來越複雜,設備返修率也不斷升高。所以在系統設計的時候,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百種類的產品,協助客戶提高產品的耐受度,降低返修率,使產品更加可靠。