TVS защита от сбоев в интерфейсе из-за случайного контакта VBUS с CC и SBU

USB-IF запустил стандарт Type-C в 2013 году. Этот интерфейс передачи мгновенно стал горячей темой среди потребителей и в отрасли в целом, как только он был запущен. Type-C не только отличается компактными размерами и вставкой в любой ориентации, но также выступает в качестве интерфейса как для передачи сигнала, так и для подачи питания. Протокол PD 3.0, поддерживаемый большинством основного оборудования, поддерживает до 20 В и 5 А. Для передачи сигнала Type-C поддерживает скорость до USB4 40 Гбит/с и полностью совместим с протоколами передачи аудио/видео, такими как DP.

Type-C имеет размеры всего 8,6 мм * 2,6 мм, поддерживает вставку в любой ориентации и имеет широкий спектр функций. Однако для всего есть Инь и Ян. В таком компактном пространстве размещены аж 24 контакта. Расстояние между падами очень маленькое. В реальном сценарии сложного устройства случайное соединение или несовпадение контактов не являются чем-то необычным. Одной из наиболее опасных ситуаций является случайный контакт VBUS с выводом CC или SBU при нормальном питании постоянного тока напряжением 20 В, как показано на рис. 1. Обычно рабочее напряжение для CC и SBU составляет 5 В. Случайная подача питания 20 В постоянного тока может привести к сгоранию интегральных схем задней части и повреждению интерфейса TVS. Это необходимо учитывать, чтобы не вызвать сбой системы, если VBUS случайно соприкоснется с CC и SBU, в дополнение к обеспечению защиты от электростатического разряда и EOS в конструкции защиты интерфейса.

Столкнувшись с таким отказом, о котором сообщили конечные потребители, производители начали запрашивать испытание на устойчивость к постоянному току для интерфейсов CC и SBU в дополнение к существующему испытанию на электростатический разряд; то есть для питания 20 В постоянного тока требуется испытание на устойчивость к постоянному току продолжительностью от 1 до 3 минут. Архитектура основного дизайна заключается в добавлении TVS рядом с интерфейсом Type-C, а на задней панели добавляется микросхема управления USB с OVP (защита от перенапряжения). Такой архитектуры дизайна достаточно, чтобы гарантировать достаточную защиту. Тем не менее, использование TVS с VRWM = 5 В не пройдет испытание на устойчивость к постоянному току. Для работы требуется TVA с VRWM≥20 В. Это поднимает другую проблему. Для TVS с VRWM ≥ 20 В напряжение фиксации, VCL, неизбежно высокое, что приводит к менее чем удовлетворительной защите от электростатического разряда / EOS или даже к выходу из строя всего устройства в тесте на инжекцию электростатического разряда. Для этого необходимо решение TVS, которое не только выдерживает испытание на устойчивость к постоянному току, но и обеспечивает хорошую защиту, и Amazing Microelectronic предлагает именно это в корпусе AZ5H25-01B.

В отличие от 5В TVS, AZ5H25-01B уникален тем, что его VBV (обратное напряжение пробоя) уже не 6В. Вместо этого он гарантирует, что TVS не будет активирован до тех пор, пока напряжение не достигнет 26,5 В, как показано в Таблице 1. Это предохраняет AZ5H25-01B от случайного включения во время теста 20 В постоянного тока. Между тем, напряжение ограничения электростатического разряда AZ5H25-01B составляет 10 В при 8 В, что достаточно, чтобы помочь всему устройству пройти испытание на электростатический разряд. Устойчивость к импульсным перенапряжениям составляет до 6,5 А (8/20 мкс, IEC61000-4-5). Все вышеперечисленное обеспечивает хорошую защиту от EOS.

Таблица 1. Электрические параметры AZ5H25-01B

Одна из причин того, что AZ5H25-01B имеет выдающееся напряжение ограничения электростатического разряда, заключается в том, что самая низкая точка напряжения возврата, Vhold, может составлять всего 6 В после активации TVS, как показано на рис. 2. Это не только обеспечивает более низкое ограничение напряжения, но также не влияет на сигналы CC/SBU и, таким образом, предотвращает защелкивание. Amazing Microelectronics определяет AZ5H25-01B при VRWM=5V. Это устраняет риск застревания, с которым могут столкнуться инженеры при выборе TVS на базе VRWM.

Рисунок 2. Кривая характеристик TLP AZ5H25-01B

Типоразмер корпуса AZ5H25-01B - 0201. Он компактен, гибок в компоновке и способен удовлетворить растущие потребности в уменьшении устройств. Для многофункционального интерфейса USB4 предусмотрен TVS AZ5B9S-01F со сверхнизкой емкостью для сверхвысокоскоростных сигнальных интерфейсов; AZ5H25-01B с CC/SBU, который выдерживает испытание на устойчивость к постоянному току и имеет чрезвычайно низкое напряжение фиксации электростатического разряда; и AZ4520-01F/AZ4920-01F, которые успешно прошли тест VBUS на высокие скачки напряжения. Пример компоновки представлен на рис. 3.

Рисунок 3. Пример компоновки интерфейса AZ5H25-01B Type-C USB4

Интерфейс Type-C используется во все большем количестве устройств, и сценарии, в которых он используется, со временем становятся все более сложными. Вместе с этим увеличивается процент устройств, возвращаемых в ремонт. Вот почему при проектировании системы необходимо учитывать не только защиту от электростатического разряда и EOS, но и особые обстоятельства, такие как испытания на устойчивость к постоянному току. Компания Amazing Microelectronics предлагает сотни линеек продуктов, которые помогают клиентам повысить устойчивость к электростатическому разряду/сопротивлению разрядки, сократить количество ремонтов и повысить надежность продукции.