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USB3.1 Gen2 Type C 應用的ESD最佳解決方案2019/03/25

 

  近年來,許多電子產品講求輕薄短小的設計,讓原本廣泛被使用的Type A connector,轉換成Type CconnectorType C 擁有對稱性的結構,所以能做到正反插接皆可以使用的小尺寸接頭總共有24根引腳(1),分別對稱於接頭的上下兩邊。此外,Type C 在充電時最高可以支援100W的功率,足以供電給大尺寸的筆電,對於充電速度大有提升。同時Type C 也可以支援雙向充電,不單單只是Type C傳輸線幫手機充電,還可以透過傳輸線用手機幫其他裝置充電。至於傳輸速度,為了符合現在的傳輸要求以節省時間Type C傳輸速度比USB2.0,甚至是USB3.1 Gen1都來的快速,最高速率可以達到10Gbps,而在VBUS上最高電壓值為20V,讓除了5V的產品可以應用外,也讓許多電壓較高的終端產品可以直接使用,提升了生活的品質與便利性。

 

 

圖一、USB Type C Receptacle Interface

 

  由於現在的製程越來越先進,導致對靜電放電的防護越來越薄弱,也因為靜電放電的防護與面積成正比,使得現在的人越來越重視靜電放電的問題。隨著現在的消費者使用方式和習慣的改變,一台筆電可以同時充電並且接上隨身碟、外接硬碟等,在筆電正常運作的狀態下,這種隨插即用,隨拔即關,很容易造成熱插拔(Hot plug)的現象。

 

  在熱插拔中,由於接口端的訊號線已經帶電(線材會透過摩擦導致在其內部累積帶電的能量),並且在接觸電子產品時,會瞬間放出大能量。這種現象為靜電放電效應(Electro Static DischargeESD)或是電性過度應力(Electrical Over StressEOS),會造成電子系統工作異常,USB連接器毀壞,甚至死機。因此造成此種成本較為高的破壞現象,所以現在許多的電子產品會特別針對熱插拔要求較為嚴苛的靜電防護測試做為測試標準,其中就以直接對訊號線(Pin-Direct Injection)進行靜電放電的測試最為嚴謹,此方法用來模擬系統在客戶端使用時會受到靜電放電的情況。只要設計時在USB端口加入適當的ESD/EOS的防護元件,既可以在事前做好防護的工作,避免後端產品損壞或死機,導致損耗成本較高;也可以使客退問題減少,提升了公司品牌的形象。

   

  晶焱科技有先進的靜電放電防護設計技術,特別針對Type C的防護需求,開發出AZ176S-04F的靜電放電防護元件。AZ176S-04F本身接腳的寄生電容為0.29pF,同時能夠承受IEC61000-4-2系統等級直接模式14kV的靜電放電轟擊,不會造成任何傳輸速度及損毀的現象。最為重要的是,AZ176S-04F擁有極低的箝制電壓,能夠有效的避免系統產品在靜電放電測試時發生傳輸資料錯誤、當機或損毀的情況。在IEC61000-4-2接觸模式8kV的靜電放電衝擊下(等效TLP電流約為16A),箝制電壓僅有4.3V。此外AZ176S-04F利用直線式(Feed through)來保護線路,有縮小PCB的面積及降低Layout複雜度的優點。圖2AZ176S-04F的接線方式。

  

圖二、為AZ176S-04F的接線方式

 

 

  目前AZ176S-04FAZ1023-04F皆為晶焱科技在Type C新的產品,擁有低電容、低箝制電壓、最layout設計等特點,並且皆為DFN2510Array封裝,可以依照客戶需求去做選用。甚至在市面上還沒普及化的USB3.2都可以用來當作靜電放電防護的元件。晶焱科技將積極利用半導體製程技術開發符合市面上多種應用產品,讓客戶在最低的成本之下,達到最高的效能,並且持續發展更先進的防護設計技術來滿足更新的市場需求。

 

圖三、晶焱科技在USB3.1 Gen2 Type C新產品

 

 

 

 

 

 

參考文獻

https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=130&cat1=40&cat2=30&id=0000507678_d7n5ywe284dbr0728xs3e

https://technews.tw/2018/03/26/type-c/

 

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