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


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