ESD/EOS защита для OLED-дисплея в автомобиле

OLED — это органический светоизлучающий диод, представляющий собой органическую электролюминесцентную многослойную структуру. По сравнению с обычным ЖК-дисплеем, в котором используется принцип жидкокристаллического изображения и модуля подсветки, модуль дисплея OLED использует собственную схему включения и самоподсветку, а также специальную конструкцию, которая делает его легче и тоньше, а также обеспечивает высокую яркость, низкое энергопотребление, быстрый отклик, высокое разрешение, хорошую гибкость и высокую светоотдачу. Все это способно удовлетворить новые требования потребителей к технологии отображения. В настоящее время OLED-дисплеи широко применяются в различных отраслях промышленности, таких как оборудование для промышленной автоматизации, медицинское оборудование, бытовая электроника, включая мобильные телефоны, планшеты, носимые часы, ноутбуки, оборудование виртуальной реальности и т. д. взамен обычных ЖК-дисплеев.

Наряду с быстрым развитием электромобилей крупные автомобильные компании добавляют новые OLED-дисплеи в автомобили, чтобы улучшить впечатление водителя от вождения. Современные дисплея достигают разрешения 2K или даже 4K, а новые конструкции включают в себя приборную, центральную консоли и развлекательные модули с тройным дисплеем. Использование OLED-дисплея для центральной панели управления постепенно становится более популярным, так как это значительно улучшает разрешение дисплея. Среди протоколов связи между установленным на транспортном средстве модулем дисплея и хостом наиболее часто используются протоколы LVDS (низковольтная дифференциальная сигнализация) и eDP (порт встроенного дисплея). По сравнению с обычным протоколом связи LVDS протокол связи eDP обладает характеристиками одноканального соединения с высокой скоростью, низким энергопотреблением, низким уровнем электромагнитных помех и сильной защитой от помех при передаче данных. Он широко используется для повышения эффективности связи между модулем OLED-дисплея и хостом.

Рисунок 1. Архитектура протокола связи eDP

Протокол связи eDP предусматривает, что передача данных в основном делится на три части: высокоскоростной канал (Main Link), вторичный канал (AUX) и горячее подключение (HPD) для передачи видео. Высокоскоростной канал (Main Link) может поддерживать 1-4 пары передачи дифференциальных сигналов, что является основным каналом передачи данных. В настоящее время наиболее распространенной версией протокола связи eDP является V1.4, а максимальная скорость передачи по одному каналу составляет 5,4 Гбит/с. Новейшая версия протокола eDP 1.5 поддерживает максимальную скорость передачи до 8,1 Гбит/с. Вспомогательный канал (AUX) имеет низкую скорость передачи и может выполнять такие функции, как обнаружение связи устройства и передача сигнала управления устройством.

Чтобы гарантировать стабильность изображения OLED-модулей, производители обычно проводят моделирование электростатического разряда на своих изготовленных модулях дисплея. В дисплеях для коммерческого применения, как правило, требуется испытание контактным разрядом 8 кВ и воздушным разрядом 15 кВ. Из-за строгих требований к оборудованию, устанавливаемому на транспортном средстве, к ним предъявляются требования: до 15 кВ, и при контакте, и при воздушном разряде. В таких строгих условиях испытаний защитное решение TVS для модулей должно быть водонепроницаемым. Конечно, при разработке решения по TVS защите OLED модуля необходимо защитить не только линии интерфейса eDP, но и сигналы SPI и различные сигналы питания, чтобы гарантировать, что микросхемы на всех уровнях не подвергнутся поражению электростатическим разрядом и гладко пройдут имитационный тест на электростатический разряд.

При защите интерфейса eDP из-за высокой скорости передачи канала Main Link значение конденсатора не должно быть слишком большим при выборе TVS. В то же время высокоскоростной сигнал чувствителен к помехам электростатического разряда. Необходимо выбрать TVS с меньшим параметром напряжения фиксации, которое лучше защищает сигнал. Поскольку в транспортном средстве дисплейный модуль центральной консоли является фронтальной составляющей, производители часто требуют сертификации AEC-Q101 при выборе компонентов. Для высокоскоростных каналов eDP (основной канал) рекомендуется использовать четырехканальный AZ9143-04F с малой емкостью или восьмиканальный AZ9143-08F в качестве конструкции защиты от электростатического разряда и EOS. Многоканальный корпус DFN имеет простую компоновку и не требует сверления отверстий и проводки, что позволяет снизить электромагнитные помехи и улучшить защиту. Во вспомогательной связи (AUX) рекомендуется использовать двухканальный AZ9515-02F в качестве защиты от электростатических разрядов и аварийных разрядов.  В линии связи SPI также можно использовать четырехканальный AZ9143-04F или двухканальный AZ9515-02F в качестве защиты от электростатического разряда и EOS.

Таблица 1. Основные параметры TVS защиты сигнальных линий 

Если защита OLED-дисплея не идеальна, во время теста часто возникает явление черного экрана и перезагрузки. В дополнение к помехам ESD или EOS в сигнальной линии, одной из причин также является помеха от различных источников питания микросхем и мощных приводных механизмов. Для схемы питания мы должны обратить внимание не только на защиту от электростатического разряда, но и на защиту от EOS, потому что EOS часто наносят серьезный ущерб различным микросхемам и другим устройствам дисплея. Модуль OLED-дисплея, устанавливаемый на транспортном средстве, имеет много дорожек на плате, а площадь печатной платы часто мала, поэтому в основном используется защитное устройство TVS в корпусе 0402 или 0603. Выбор TVS с более высоким током IPP и более низким фиксированным напряжением смещения будет иметь более очевидный защитный эффект в отношении EOS и ESD для всего модуля OLED-дисплея.

В модуле OLED необходимо защитить множество линий электропитания, таких как, например, низковольтный источник питания PMIC VDD 1,8 В. Amazing Microelectronic Corp. рекомендует AZ9625-01F со сверхнизким рабочим напряжением и фиксированным напряжением смещения, обладающим отличным защитным эффектом. Кроме того, необходимо защитить линии VDD_3.3V, AVDD, DVDD, VGH/VGL, VIN и другие линии различного напряжения. Рекомендуется использовать изделия TVS с одинаковым рабочим напряжением.

Таблица 2. Основные параметры TVS защиты линий электропитания

Надежная конструкция защиты Amazing от TVS и EOS может гарантировать, что производительность продукта не пострадает, а также позволяет сократить возвраты клиентов. Имея широкий выбор продуктов и богатый опыт проектирования, Amazing Microelectronic Corp. предлагает комплексные решения для защиты от TVS и EOS для конечных продуктов.

Компания Ультран – официальный дистрибьютор Amazing Microelectonic Corp. в России. Инженеры компании Ультран совместно с коллегами из Amazing оказывают консультации и обеспечивают техническую поддержку разработчиков.

Для размещения заказа, заказа образцов или по техническим вопросам по продукции Amazing Microelectonic звоните по телефону +7 (812) 318-18-95 доб. 1209 или пишите по адресу электронной почты aokunev@ultran.ru.