DP2.0应用的ESD/EOS最佳解决方案

随着高清晰影像的需求逐渐提高，没有高解析度的显示器是无法满足使用者的需求。而VESA释出DP2.0的规格最高可以提供80Gbps 的传输速率，凭借着出色的传输效能，可以输出16K@60Hz及8K@120Hz最佳解析度的影像来满足使用者需求。为实现如此高速的传输速度，DP2.0控制晶片必须使用先进的半导体制程技术，但也造成DP2.0控制晶片对静电放电(ESD)的耐受能力快速下降。 

amazingic晶焱科技DP2.0应用的 ESD/EOS 最佳解决方案

DP2.0分为三种不同标准，按照频宽分为UHBR 10、UHBR 13.5、UHBR 20(如图一所示)，UHBR 10每通道频宽为10Gbps，DisplayPort与USB Type C接口皆可以采用，而UHBR 13.5、UHBR 20就不一样了，只能建构在USB Type C的接口上，此介面除了可以将传输速率提高到80Gbps，而且USB PD供电最高还可以达到100W来实现快速充电。

 

Display Port 2.0: UHBR Modes
Standard	RAW	Interface Port
UHBR 10	40 Gbps	Display Port / USB Type-C
UHBR 13.5	54 Gbps	USB Type-C
UHBR 20	80 Gbps	USB Type-C

 

图一: DisplayPort 2.0: UHBR Modes

来USB Type C接口将成为电视、萤幕、个人电脑及笔电…等消费性电子产品的主流接口。与传统USB相同，USB Type C在系统上是外露给使用者随时可以插拔的接口，最普遍的应用就是随插即用、随拔即关，然而这个热插拔动作却也经常是造成电子系统工作异常、甚至造成USB Type C控制元件毁坏的元凶，因为这样的动作相当容易造成ESD等暂态杂讯问题。在热插拔中，由于接口端的讯号线已经带电，这样的带电电缆在接触系统时，将形成放电动作。这种现象等同于静电放电效应会对系统产生严重破坏，一般称这种现象为直接放电。目前在系统的静电放电测试上，越来越多的厂商要求以Direct-Pin Injection方式测试产品，以此来模拟系统在用户端使用时最常遭受到的ESD事件。

在ESD的系统测试要求方面，除了必须通过IEC61000-4-2的规范外，有部份品牌厂商甚至规范其产品USB Type C连接器需以Direct-Pin Injection的测试方式通过±8kV的ESD轰击。因此使用ESD保护元件于USB Type C介面来防止ESD事件对资料传输的干扰是绝对需要的。   

对于DP2.0的高速介面而言，在选择ESD/EOS保护元件时必须考虑到：

1.     为确保DP2.0高速讯号传输时的讯号完整性，所以选择ESD保护元件时，须选择其寄生电容较低的ESD保护元件，建议寄生电容低于0.2pF。 

2.     防护元件对ESD的耐受能力必须要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接触模式8kV ESD的轰击。

3.     ESD Clamping voltage是最重要的参考参数， ESD保护元件若要对系统提供有效保护，最需要考虑钳制电压是否够低，使得ESD的能量能被钳制 在更低的电压以防止系统内部电路受到干扰或损毁，此钳制电压是判断ESD保护元件对于系统电路保护效能最重要的参数。

4.     USB PD充电技术可以支援四段电压(5V/9V/15V/20V)，频繁的热插拔电源线将极易引发ESD/EOS问题，因此需在系统上采用更加完善的外部突波ESD/EOS保护方案设计。

晶焱科技拥有先进的ESD防护设计技术，特别针对DP2.0的需求推出AZ5B0S-01F。为避免防护元件的寄生电容影响DP2.0差动讯号的高速传输，AZ5B0S-01F的寄生电容已低于0.2pF，能够顺利的通过Eye Diagram测试。最重要的是AZ5B0S-01F产品拥有极低的ESD钳制电压，能够有效地协助DP2.0介面通过Direct-Pin Injection±8kV的静电放电轰击。图二为利用TLP量测AZ5B0S-01F产品的电流对电压曲线。在IEC 61000-4-2接触模式8kV的ESD轰击下(等效TLP电流约为16A)，钳制电压仅有5.5V，能有效避免系统产品于ESD测试时发生资料错误、当机甚至损坏的情况。

图二、AZ5B0S-01F的ESD钳制电压特性曲线

其余的讯号线(AUX/D+/D-/CC/HPD)建议采用DFN1006P3X封装的AZ5515-02F，其单体可耐受IEC61000-4-5 (8/20µS)的能量约11A，ESD钳制电压仅10V@16A(如图三所示)。

图三、AZ5515-02F的ESD钳制电压特性曲线

此接口还可提供快速充电，在电源端需依设计的电压选用一颗合适的EOS防护元件(如图 AZ3105-01F/AZ4510-01F/AZ4516-01F/AZ4520-01F)来保护，此时就可以完整地保护此接口不受ESD/EOS的威胁，图四即为完整的DP2.0介面的ESD/EOS解决方案保护线路。

图四、DP2.0介面的ESD/EOS解决方案保护线路

　　审核编辑：汤梓红