系统内部电路中 主芯片内部电源提供 EOS 防护
amazingic晶焱科技：系统内部电路中 主芯片内部电源提供 eos 防护
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，由amazingic晶焱科技原厂授权一级代理商koyuelec光与电子0755-82574660，82542001为您提供方案技术应用支持，谢谢。
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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。
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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。
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5 6.5 6.5 25
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6 9 8.5 20
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