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Infineon

USB Type-C應用中選錯TVS造成的高度Latch-up風險

  • 尤嘉禾台北

CMOS內部N-P-N-P結構和Latch-up等效電路。

如今越來越多的電子產品選用USB Type-C接口,其影音資料傳輸速率快,使用方便。當然高速信號傳輸也更容易受到ESD等突波的干擾,因此在接口處添加TVS防護必不可少,但是若選錯TVS產品,就會造成系統出現Latch-up風險,導致Type-C接口的正常通信受影響,嚴重的話會因為EOS損壞電路。

USB(Universal Serial BUS)作為通用串行通信接口,具有傳送速率快、連接靈活、使用方便、支援熱插拔、獨立供電等優點,被各類電子產品所使用。如今最炙手可熱的當屬USB 3.1協定,其定義Type-C接口的信號傳輸速率最高可達10Gbps,並且支持PD(Power Delivery)快充協定,最高支援20V/5A,即100W的電源傳輸功率。被廣泛應用到手機、平板、筆記型電腦等電子產品中。

Latch-up為閂鎖效應,是CMOS製程所特有的寄生效應,閂鎖效應是由NMOS的有源區、P襯底、N阱、PMOS的有源區構成的N-P-N-P結構產生,當其中一個三極管正偏時,就可能構成正回饋形成閂鎖效應。

在Type-C接口的防護電路中,在VBUS和CC Pin使用SCR電路設計的TVS產品,將使系統產品暴露在極大的Latch- up風險中。當ESD、Surge等瞬態突波耦合到接口線路時,突波電壓高於TVS的擊穿電壓,TVS就會導通。若TVS選型錯誤,TVS開啟後的回拉電壓(Vsb or Vhold),低於電路正常工作電壓,此時即使外部突波干擾消失,TVS也會一直保持導通狀態,漏電流增大,導致線路正常工作電壓被拉低,嚴重時TVS短路,造成產品因EOS損壞。

為避免發生Latch-up風險,在TVS選型時,一定要保證TVS的工作電壓VRWM,以及TVS開啟後回拉的最低電壓Vsb or Vhold,高於電路正常工作電壓或者信號電壓的最大值。

Type-C接口的TVS方案推薦

晶焱科技推薦Type-C接口TVS保護方案時分三部分:VBUS power line;TX、RX data lines;D+、D-、CC、SBU data line。Type-C PD協定常用的VBUS傳輸電壓有5V, 9V, 12V和20V。推薦ESD and EOS保護方案:AZ3105-01F for 5V VBUS;AZ4510-01F for 9V VBUS;AZ4512-01F or AZ4712-01F for 12V VBUS;AZ4520-01F for 20V VBUS。TX/RX作為高速資料傳輸線路,推薦超低電容ESD保護方案:AZ1043-04For AZ176S-04F for 4 Channels TX/RX;AZ5213-02F for 2 Channels TX/RX.USB D+/D-以及CC、SBU信號線ESD保護方案:AZ1045-04F or AZC199-04S for 4 Channels D+/D-/CC/SBU。(本文由晶焱科技設計研發部龍航提供,尤嘉禾整理報導)