高分辨率面板MIPI C-PHY的ESD防护方案

Amazingic晶焱科技提供高分辨率面板MIPI C-PHY的ESD防护方案应用由技术选型方案代理商KOYUELEC光与电子，TEL:[phone]提供技术选型方案应用。

平板电脑显示面板的设计趋势 --- 追求高分辨率与高帧率

随着近年信息科技的蓬勃发展，平板计算机对于消费者的定位已渐渐从「屏幕较大的手机」转变为「便于携带的计算机」，并且除了娱乐用途之外，也有许多用户将平板电脑视为可提升工作效能的办公工具，也因此对于平板电脑的规格要求也越来越高。而其中由于绘图及影片制作与观看的便捷性，是否附带高分辨率高帧率的显示面板已成为消费者选择平板电脑时的重要指标，也因此连带影响各面板设计者需要针对面板的分辨率规格进行优化。

AR, VR 显示面板的规格需求

AR与VR设备做为实现元宇宙构想的重要硬件配备，虽然其面板模块的尺寸较为窄小，不过因为在实际应用上距离使用者的眼球相当接近，使用者可以有感的分辨出显示分辨率的高低，为提供使用者更真实的体验环境，即便在相当小的面板模块中都必须设计相当高的分辨率，在仅有2吋大小的面板中达到2K甚至更高的分辨率规格已相当常见。

MIPI C-PHY --- 崭新并支持高分辨率的Display传输接口

而平板电脑与AR, VR设备所使用的面板在影像传输接口上仍以MIPI联盟所订定的物理层MIPI DSI (Display Serial Interface)为主流。在MIPI DSI规格推出后，MIPI D-PHY相较于传统LVDS具备了更高的数据传输量以及更少的配线数优势，受惠于这两项重点规格优势的MIPI D-PHY很快地取代了传统LVDS，成为小尺寸面板驱动最主要的通讯接口

而随着上述中所提，因近年来平板电脑与AR, VR装置对于分辨率规格的日益提升，MIPI D-PHY的最大数据传输量亦渐渐不敷使用，也因此MIPI联盟提出了更新的MIPI DSI物理层C-PHY以提供更高的传输速率协议，以提供高阶显示面板更优化的传输接口以实现高分辨率与高帧率的规格。

不同于以往传动高速差分对的传输架构，MIPI C-PHY采用特殊的3 phase encoding技术并将时序控制整合进High-speed Data Line中，有别于MIPI D-PHY 8条高速差分对与2条时序控制讯号的配置，MIPI C-PHY以3条线为一对，总共3对9条传输线的方式实现了物理层的硬件架构。在相较MIPI D-PHY少了一条传输线的条件下提高了可支持的最高传输速度至17.1Gbps，图1可参考MIPI D-PHY与C-PHY硬件规格的比较。

Parameter	C-PHY	D-PHY
Minimum # of Pins	3	4
Typical # of Pins	9	10
Max. TX Voltage Swing	LP: 1.3Vp HS: 0.36Vp	LP: 1.3Vp HS: 0.425Vp
Data Rate/Lane	5.7Gbps	2.5Gbps
Bandwidth/Port	17.1Gbps	10Gbps

图1. MIPI D-PHY与MIPI C-PHY的规格比较

面板模块于ESD测试验证上的挑战

因面板模块于产线功能验证及组装时皆会遭遇相当频繁的线材插拔，也因此会暴露于较高的ESD破坏风险之中，促使各面板设计厂商在设计时往往会以严苛的ESD测试方式来确保其ESD的耐受能力足够强。静电测试上除了针对面板背部铁壳所进行的Contact与Air discharge之外，有些品牌厂商亦会要求针对FPC connector的各个信号及Power线施加Direct Pin Injection的测试，以确保在线材插拔时遭遇Cable Discharge Event的状况下仍不致损毁。

面板模块于ESD Direct Pin Injection测试时，若未做好足够的ESD防护对策，时常会致使面板损坏而出现无法恢复的黑屏异常。然而，ESD导致面板异常的塬因不一定都来自于面板驱动IC的损毁，更多的时候是因为连接FPC与驱动IC之间的异方性导电膜(ACF)遭到击穿，导致面板驱动讯号无法正常传至驱动IC，虽然这种失效模式可以通过雷射Re-bonding来修复，但是如何避免ACF与Display Driver IC再遭受ESD能量损毁，仍然是面板设计工程师需要严肃面对的课题。

Amazing Optimized ESD Protection Solution for MIPI C-PHY --- AZ1253-03F.

为确保提供面板ACF与Display Driver IC良好的ESD保护方案，晶焱科技针对MIPI C-PHY 3-phase symbol encoding的特殊应用设计开发出业界第一个3通道TVS solution --- AZ1253-03F，规格简介如下:

Package: DFN2010P5E (3 channels)

Directivity: Uni-Direction

Reverse Stand-off Voltage: 3.3V

Capacitance: 0.5pF

ESD Clamping Voltage @8kV: 8.5V

IEC61000-4-2 System ESD: 25kV (Contact), 27kV (Air)

Surge Ipp (8/20µs): 8A

由于目前主流的多通道TVS Solution皆是为了differential pair而设计偶数pair，因此无法适用于MIPI C-PHY的应用上，也导致设计工程师在挑选MIPI C-PHY的ESD保护方案时被迫只能选择单信道的保护元件。而AZ1253-03F采用叁通道的特殊设计，并且为匹配MIPI C-PHY的Connector pin define而采用Center GND pin的架构，可以确保PCB Layout时能以顺直线(Feed through)的方式来提供更简化的布线设计。AZ1253-03F于MIPI C-PHY的Layout布线可以参考下图2。

图2. AZ1253-03F于MIPI C-PHY的布线设计参考

为了同时考虑到MIPI C-PHY高速讯号的讯号完整度，以及面板于产线偶发的EOS失效问题，AZ1253-03F在规格设计上仅有0.5pF的杂散电容，并且确保了Surge Robustness Ipp (8/20µs)高达8A以降低产线EOS的不良率。并且为了通过面板严苛的Direct Pin Injection，AZ1253-03F的ESD Clamping Voltage仅有8.5V @8kV，以确保ACF以及Display Driver IC于ESD冲击时仍能受到良好的保护，AZ1253-03F的ESD Clamping Voltage请参考下图3。

图3. AZ1253-03F TLP特性曲线

由于消费者对于平板电脑以及AR, VR装置追求更高分辨率及高帧率的需求，也推动了面板模块设计厂商必须将驱动接口由MIPI D-PHY转变成传输速度更高的MIPI C-PHY。藉由AZ1253-03F针对MIPI C-PHY所需之各项规格量身订作的特殊设计，能提供市场上越来越多高分辨率面板更强的系统级ESD耐受能力，以及避免遭受EOS破坏而导致的不良返修，并同时能简化MIPI C-PHY的硬件布线设计，藉此解决面板设计工程师们于设计时可能遇到的两难处境，加快产品导入市场的时程。

　　审核编辑：汤梓红