提供系统内部电路中 主芯片内部电源提供 EOS 防护方案应用

Amazingic晶焱科技：提供系统内部电路中 主芯片内部电源提供 EOS 防护方案应用。

对于系统而言，较常见的EOS事件多发生于对外接口(如:USB、HDMI…等)，因此通常对外接口都会加上TVS元件加强EOS的防护。但除了对外接口，在市场端其实也有发生系统主芯片的Core power因EOS能量而造成的烧毁事件。举例来说，晶焱科技的TV客户在分析完由市场端退回的主芯片 Core power烧毁状况后，修正了TV产品设计时的测试项目，客户除了执行对外接口的ESD测试外，亦已再增加对于主芯片Core power的EOS测试。目前的EOS测试规格主要是参照IEC61000-4-5(8/20us)的规范，透过2 ohm输出阻抗对产品的对外接口及主芯片Core power进行EOS 36V的测试。 

发生主芯片Core power烧毁的原因，可能是来自于系统开关机瞬间产生的EOS突波，而此突波能量是主芯片所无法承受的，最终导致主芯片烧毁的状况发生，但透过TVS对于主芯片Core power进行防护后，就能提供有效的防护路径(图一)。而随着高阶微型化半导体制程的演进，主芯片Core Power也由过往常见的3.3V渐渐转往低压1.8V甚至更低电压，因此也造成主芯片本身抵御外部突波能量的能力也越来越弱，使得此种主芯片Core power被EOS烧毁的现象也越来越受到系统厂的重视。

图一、主芯片Core power加上TVS防护示意图

TVS防护元件有分单向及双向的设计，针对电源上面的防护，建议选用单向的TVS做防护以提供较好的防护效果。图二(a)以两颗操作电压皆为3.3V的TVS料件以TLP测试进行举例比较，其中AZ5123-01F为双向TVS(绿色线)及AZ5013-01F为单向TVS(红色线)，从正向TLP的测试结果对比两者在正压的导通电压(trigger voltage)及箝制电压相近，因此可推断对于正电压的突波防护效果是相近的；但是比较负向TLP的测试结果后，则可发现双向TVS AZ5123-01F导通电压为-6.2V而单向TVS AZ5013-01F则为-0.7V，单向TVS AZ5013-01F能在负电压突波来袭时更早导通进行防护。

图二(b)中系统针对3.3V电源需要一个保护元件，在使用双向TVS(如: AZ5123-01F)进行防护设计的情况下，如遭遇-3V的突波能量时，因AZ5123-01F负向电压需要超过-6.2V才能启动导通，如果主芯片的电路较TVS更早导通或无法承受此能量，就会发生烧毁的情形。但如将TVS更换成单向TVS AZ5013-01F时，在遇到-3V突波的情况下，因为此突波已经超过AZ5013-01F的顺偏导通电压-0.7V，因此AZ5013-01F会快速将大部分的能量宣泄至地回路，使主芯片几乎不受此突波能量的冲击，进而达到更佳的保护效果。

图二、单双向TVS元件导负电压导通示意图

针对电源方面的用料，除了建议采用单向TVS使系统电源遇到负向突波能量时能提供较佳的防护效果，而随着产品设计愈来越微型化的发展趋势，PCB板中能摆放TVS的空间越来越有限，因此小封装的TVS对于系统设计而言是更佳的选择。

晶焱科技 针对电源部分开发了一系列小型化尺寸的TVS，从过往常见的5V及各种电压，或是主芯片Core power 常见的1.8V电源都有提供相对应的TVS料件。并且过往在0201封装(元件长宽为0.6mm x 0.3mm) TVS中多为双向的设计，目前晶焱科技已新开发出一系列针对主芯片 Core Power的0201封装且单向的TVS(表一)，不仅能在主芯片Core power拥挤的周围电路轻易做设计，同时若可以摆放得越接近Core power就能够提供更佳的EOS防护效果。

Part No.	Application	Package	Vrwm(V)	ESD Clamping @8KV	Surge Clamping Voltage(V) @5A	Lightning 8/20us(A)
AZ6A21-01M	1.8V Power	MCSP0603P2YS	2.1	4.4	3.5	22
AZ5A15-01M	5V Power	MCSP0603P2YS	5	6.5	6.5	25
AZ5A16-01M	6V Power	MCSP0603P2YS	6	9	8.5	20
AZ4U09-01M	9V Power	MCSP0603P2YS	9	13	12.5	15
AZ4U15-01M	15V Power	MCSP0603P2YS	15	20.5	20	7
AZ4U24-01M	24V Power	MCSP0603P2YS	24	36	35	5

表一，单向MCSP0603P2YS (0201封装)于电源端应用的TVS防护元件

审核编辑 黄宇

审核编辑 黄宇