Итоги 2021 года и новые компоненты для EOS-защиты внешних интерфейсов ноутбуков нового поколения от Amazing Microelectronic
Поставщики: Amazing Microelectronic Corp.
Группы товаров: Защитные диоды (ESD, TVS)
Компания Amazing Microelectronic с гордостью заявляет, что по итогам 2021 года заняла 3-е место в мире по объемам продаж устройств ESD-защиты с долей рынка более 12 %. Данный объем мировых продаж Amazing поддерживает уже третий год подряд, почти в два раза превышая долю рынка ближайшего конкурента. Всего в 2021 году Amazing продала более 40 млн единиц устройств ESD-защиты.
Рисунок 1 – продажи Amazing Microelectronic
Устройства EOS-защиты для ноутбуков нового поколения
Ноутбук давно стал незаменимой частью повседневной жизни: удаленная работа, развлечения, онлайн-встречи стали нормой в связи с нынешней глобальной пандемией. С возрастанием сложности приложений и применений, возрастают требования и к надежности работы ноутбука. Сегодня процент ноутбуков, возвращаемых для сервиса и ремонта, по-прежнему тревожно высок, несмотря на предлагаемые решения для электростатических испытаний и защиты. Довольно большой процент техники, попавшей в сервис, требует ремонт именно из-за превышения допустимого напряжения (EOS – Electrical Overstress).
EOS расшифровывается как Electric Over Stress – электрическая перегрузка. Это обширное явление, когда электрический элемент подвергается воздействию чрезмерного напряжению или тока. В данной статье EOS представляет собой энергию импульса в соответствии с IEC61000-4-5. Тестовые сигналы, используемые в современных потребительских товарах, представляют собой напряжение холостого хода 1,2/50 мкс и ток короткого замыкания 8/20 мкс, как показано на рис. 2, а используемое полное сопротивление сети составляет 2 Ом.
Рисунок 2 – напряжение ХХ и ток КЗ
EOS длится дольше, чем ESD, а также потребляет гораздо больше энергии. Вот почему необходимо учитывать максимальный рассеиваемый ток (Ipp) в канале TVS при оценке защиты TVS от EOS. Этот параметр используется для описания того, насколько хорошо сам канал TVS переносит EOS. Чем больше Ipp, тем более он способен выдерживать импульсную энергию. Ключевым параметром является напряжение фиксации перенапряжения (Vcl-surge), где чем ниже Vclis, тем выше может быть защита.
Применение разъема Type-C на ноутбуках переживает взрывной рост. Type-C можно использовать в качестве интерфейса питания благодаря поддержке протокола PD, и это выводит возможности пользователя на новый уровень. Однако вместе с этим появляются и проблемы, с которыми никогда не сталкивались при разработке продуктов. Vbus на кабеле питания может подвергаться экстремальному энергетическому воздействию EOS, которое включает, помимо прочего, подключение и отключение кабеля и плохой контакт разъема. Такая энергия может сжечь микросхему управления PD, и компьютер выйдет из строя. Вот почему необходимы высокая устойчивость к TVS и надежная защита.
Amazing Microelectronic выпустила AZ4920-01F с Ipp до 140 А и Vcl = 26 В при 40 А, что более чем достаточно для защиты уязвимой микросхемы управления PD. AZ4920-01F поставляется в корпусе DFN2018P6E, широко используемым в отрасли, что является отличным выбором с точки зрения поставок. Но такой корпус занимает значительную площадь на печатной плате.
Поэтому, Amazing Microelectronic представила AZ4520-01F с меньшим корпусом DFN1610 (0603), а продукты с меньшим корпусом, но с более высокими характеристиками, находятся уже на финальных этапах разработки.
Рисунок 3 – EOS-тест разъема Type-C
Не только Type-C подвержен воздействию EOS, интерфейсы передачи данных также могут подвергаться воздействию импульсной энергии. Обычно D+/D- USB 2.0 подключается напрямую к процессору - если CPU сгорит, стоимость ремонта может быть весьма значительной. Порт CC и SBU также уязвимы для EOS. Как показано на рисунке 3, многие производители ноутбуков начали проводить тестирование EOS. Принимая во внимание паразитную емкость для портов данных, AZ5515-02F компании Amazing Microelectronic имеет паразитную емкость 0,8 пФ и Ipp 11 А, а напряжение фиксации составляет всего 9 В при 11 А. Это дает TVS большую устойчивость к отрицательной энергии выброса напряжения, поскольку напряжение фиксации составляет всего -3 В при начальном напряжении примерно -0,7 В и импульсном токе на уровне -11 А. Это отличные параметры защиты для микросхем, чувствительных к отрицательному напряжению. AZ5515-02F поставляется в упаковке DFN1006P3X (0402-2ch) и обеспечивает защиту 2-х каналов одновременно, что решает проблему с ограниченным свободным пространством на печатной плате. На рис. 4 показаны кривые защиты от перенапряжения для AZ5515-02F.
Рисунок 4 – графики напряжения и тока AZ5515-02F
EOS-защита высокоскоростного дифференциального интерфейса TX/RX Type-C — еще одна проблема, требующая решения. Скорость сигнала требует чрезвычайно низкой емкости TVS, и в то же время от него требуются как устойчивость, так и защита. Таким образом, AZ5B0S-01F является идеальным выбором для защиты, поскольку этот TVS имеет паразитную емкость всего 0,2 пФ и Ipp до 7 А, а Vcl = 4 В при 7 А. AZ5B0S-01F поддерживает скорость до USB4. На рис. 5 показана схема защиты порта Type-C с помощью AZ5B0S-01F в корпусе DFN0603.
Рисунок 5 – схема защиты порта Type-C с помощью AZ5B0S-01F
Еще одна проблема, из-за которой ноутбуки попадают в ремонт — это EOS порта HDMI. Конец кабеля обычно находится под напряжением, а это означает, что частое подключение и отключение легко приводит к EOS и, следовательно, требуется TVS с надежной защитой от перенапряжения. AZ1243-04F компании Amazing Microelectronic обеспечивает исключительную устойчивость до Ipp=12A для интерфейса HDMI 2.0 с Vcl=7,5V@12A. С развитием HDMI 2.0 переживает переход к HDMI 2.1, скорость передачи данных увеличивается с 16 Гбит/с до 48 Гбит/с, а микросхемы становятся более чувствительными, что приводит к более высоким требованиям к напряжению ограничения и паразитной емкости в TVS. AZ1123-04F компании Amazing Microelectronic, поддерживающий и HDMI 2.1, имеет паразитную емкость < 0,2 пФ и Ipp до 6,5 А и обеспечивает необходимую защиту с Vcl = 10 В при 6,5 А. Для низкоскоростного интерфейса HDMI Amazing предлагает AZ1575-04S для мощной защиты EOS. Ipp достигает 70 А для порта питания и 20 А для порта ввода-вывода. На рис. 6 показана полная схема защиты EOS для интерфейса HDMI.
Рисунок 6 – схема EOS-защиты разъема HDMI
По мере того, как клиенты предъявляют самые разные требования, а развитие индустрии ПК все еще ускоряется, все больше и больше крупных производителей не только проводят тесты EOS на большем количестве интерфейсов, но и предъявляют более строгие требования к уровням тестирования. У Amazing Microelectronics есть первоклассные решения и богатый опыт для быстрого и точного решения проблем клиентов.
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 звоните по телефону +7 (812) 318-18-95 доб. 1264 или пишите по адресу электронной почты psacerdov@ultran.ru.