防止VBUS误触至CC和SBU造成端口失效的TVS防护方案
2013年，usb-if协会发布了type-c端口，此接口一经推出，就受到广大消费者以及业界的欢迎。type-c端口小巧，支持正反插，不仅是信号传输的端口，同时也是供电端口。目前主流设备支持的pd 3.0协议最高可以达到20v，5a的规格。对于信号传输，type-c端口更是最高可以支持到usb4 40gbps的超高规格，并且还可以兼容dp等视频协议。 type-c具有很多的优点，端口尺寸仅有8.6mm*2.6mm，支持正反插并且功能丰富。但是事物都具有两面性，在如此紧凑的空间内，连接器的pin脚数量达到了24pin，引脚之间的间距非常小。在复杂的实际应用场景中，容易造成pin脚之间搭接、错位。其中最危险的情况就是vbus在正常提供20v的dc power时，短接到cc或者sbu pin(如图1所示)。由于cc和sbu pin正常的工作电压是5v左右，当有20v的dc power短接时，可能会造成后端ic烧毁和端口的tvs损坏。所以在端口防护设计时候，除了要满足esd和eos的防护要求外，还要考虑到如果vbus短接到cc和sbu时，不能出现硬件损坏。
图1. type-c接口的引脚分布
正是考虑到终端客户的这种失效模式，许多消费类产品的头部厂商已经提出在cc和sbu端口上，除了已有的esd测试之外，还要加入dc直流耐压测试，也就是进行20v dc power持续1分钟~3分钟不等的直流耐压测试。目前主流的设计架构是靠近type-c端口放置tvs，后端选择带ovp（over voltage protection）的usb控制芯片，这样的设计架构才能够保证端口有足够的防护能力。但是如果仍然使用传统的vrwm=5v的tvs，将会导致dc直流测试无法通过，所以必须要使用vrwm≥20v的tvs，这种使用方法又带来了一个问题，传统vrwm≥20v的tvs其钳位电压vcl（clamping voltage）也会很高，导致其esd/eos保护效果较差，甚至会导致整机esd pin injection测试失败。所以需要一种能够既能满足直流耐压测试，又能够有良好保护效果的tvs，晶焱科技推出了专门针对这种应用场景的az5h25-01b。 az5h25-01b的特点在于与传统的5v tvs不同，其vbv(崩溃电压)不再是6v左右，而是确保在26.5v之前，tvs不会启动（如表1），这保证了20v直流测试时，az5h25-01b不会误启动，避免了tvs管被直流能量烧毁的风险。同时，az5h25-01b的esd钳位电压在8kv时仅有10v，能够帮助整机轻松的通过esd测试。并且其浪涌耐受度也可以达到6.5a(8/20μs，iec61000-4-5)，有较好的eos防护能力。
表1. az5h25-01b电气参数
az5h25-01b的esd钳位电压非常优秀，有一个原因是tvs在启动之后，snap-back电压的最低点vhold可以做到约6v（如图2所示）。这样既可以达到降低钳位电压的目的，又可以保证不会影响到cc/sbu的信号，避免latch-up。晶焱科技将az5h25-01b定义为vrwm=5v,这样可以完全避免工程师根据vrwm来选择tvs时可能面临的latch-up风险。
图2. az5h25-01b tlp特性曲线
az5h25-01b的封装大小为0201，体积小，摆放灵活，能够满足日益增长的设备小型化需求，在usb 4的全功能接口上，晶焱科技能够提供包括超高速信号端口使用的超低电容tvs az5b9s-01f; cc/sbu满足直流耐压测试，静电钳位电压超低的az5h25-01b；满足vbus高浪涌测试的az4520-01f/az4920-01f。示例layout如图3所示。
图3. az5h25-01b type-c usb4端口layout示例
随着时代的发展，type-c端口的使用率越来越高，使用场景也越来越复杂，随之而来的是设备返修率升高。所以在系统设计的时候，不仅要考虑到esd和eos防护，还要考虑到直流耐压测试等特殊状况。晶焱科技可以提供数百种类的产品，协助客户提高产品的鲁棒性，降低返修率，使产品更加可靠。
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表1. az5h25-01b电气参数
az5h25-01b的esd钳位电压非常优秀，有一个原因是tvs在启动之后，snap-back电压的最低点vhold可以做到约6v（如图2所示）。这样既可以达到降低钳位电压的目的，又可以保证不会影响到cc/sbu的信号，避免latch-up。晶焱科技将az5h25-01b定义为vrwm=5v,这样可以完全避免工程师根据vrwm来选择tvs时可能面临的latch-up风险。
图2. az5h25-01b tlp特性曲线
az5h25-01b的封装大小为0201，体积小，摆放灵活，能够满足日益增长的设备小型化需求，在usb 4的全功能接口上，晶焱科技能够提供包括超高速信号端口使用的超低电容tvs az5b9s-01f; cc/sbu满足直流耐压测试，静电钳位电压超低的az5h25-01b；满足vbus高浪涌测试的az4520-01f/az4920-01f。示例layout如图3所示。
图3. az5h25-01b type-c usb4端口layout示例
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