AMAZINGIC晶焱科技預防TVS閂鎖風險的方法與實際案例分析

摘要：

仰賴先進制程的進步，電子產品得以在更小的面積及體積下實現(xiàn)更加復雜的功能與更低的功耗，在這樣的趨勢下卻也使得主芯片的靜電耐受度降低。由于靜電導致的失效與市場返修率息息相關，因此各廠牌針對這些易受突波干擾影響的介面接口訂定測試規(guī)格，并依照IEC 61000-4-2的系統(tǒng)級靜電耐受測試才能將系統(tǒng)產品進行量產到市場販售。

然而隨著日益嚴苛的測試條件與需被保護的晶片耐受程度降低，市面上開始出現(xiàn)許多為了提供更低鉗制電壓卻具有閂鎖風險的保護器件。本文將針對TVS與閂鎖效應進行實例探討，并提出方法該如何正確選擇保護元件避免閂鎖效應發(fā)生。

實例一：HDMI1.4介面ESD保護器件與閂鎖效應

高速通訊界面常使用Re-timer或Re-driver來重塑訊號的完整性，而最常見的就是USB與HDMI Re-timer, 功能包含通訊協(xié)議間的轉換并增加PCB線路設計上的彈性。然而這樣的線路應用除了上拉電阻直接接到電源之外，其IC的Output driver會有較高的電流驅動能力，也造成了TVS 發(fā)生Latch-up的來源之一。

我們以終端產品的HDMI 1.4連接螢幕來做閂鎖效應的實測，同時以示波器擷取TMDS channel的電平變化。實驗過程我們將確認系統(tǒng)正常運作后，以ESD Gun對HDMI Port進行靜電放電，此時ESD保護元件會導通來保護后端IC，如下圖表示。

Fig. 1具有閂鎖風險之TVS在HDMI介面ESD實驗流程圖

實驗過程觀察螢幕在ESD放電后黑屏，利用示波器觀察被閂鎖TVS(非晶焱科技產品)的電壓從正常顯示的2.8V被拉低到1.8V的低電平使得通訊失效。我們將此TVS使用曲線追蹤儀Tektronix 370A量測大電流下的IV特性，發(fā)現(xiàn)此TVS進入低阻抗導通狀態(tài)后，其導通的最低電壓Vhold即為1.8V，如下圖表示。 (此TVS使用SCR架構，有回彈的特性可達到更低的鉗制電壓表現(xiàn))

Fig. 2具閂鎖風險的TVS電氣特性圖

根本原因探討：HDMI 1.4 Re-timer輸出電壓為2.8V(最低輸出電壓為2.6V)，而TVS Vhold則在1.8V，查找Re-timer規(guī)格書中TMDS短路輸出電流最大可到50 mA (因為TVS導通后會形成極低阻抗路徑，可視為IC 輸出短路到地的情況)，這樣的電流驅動能力可以令TVS進入閂鎖后無法關閉。若無透過外部拔除插頭使IC斷電，則無法回復屏幕顯示與電壓位準，在長時間的電流導通情況下，對于IC本身與TVS皆可能造成不可逆的潛在威脅，如熱失效或漏電大幅增加…等等。

因此在HDMI TMDS Channel，晶焱科技推薦客戶使用 VRWM≧3.3V的TVS作為保護元件，如: AZ1143-04F for HMDI 1.4/2.0與AZ1123-04F for HDMI 2.1，晶焱科技秉持著對可靠度與品質的最高要求，在追求低鉗制電壓的保護器同時，確保Vhold>VRWM，晶焱全系列TVS皆無Latch-up風險!

實例二：Power Management Circuit Protection in Portable Device

電池與其電源管理IC - LDO(低壓降穩(wěn)壓器)是移動式裝置供電的核心，為了達成裝置的電壓輸出穩(wěn)定與最佳可靠度，在電壓輸出的腳位建議使用TVS來做靜電保護。然而在電源輸出的腳位不慎采用具有Latch-up風險的TVS更是大忌，因為其電流輸出能力極強，會在短時間內造成電池耗電并使得TVS導通大電流，嚴重可能會造成元件燒毀引發(fā)硬件損壞。

實際案例中，客戶對3.3VLDO輸出進行ESD測試后發(fā)現(xiàn)異常，我們在實驗過程量測電壓位準，發(fā)現(xiàn)原3.3V已被下拉至2.85V，與LDO輸出不符，并且必須將電池拔除斷電后才能回復正常工作電壓，研判此現(xiàn)象非常有可能是TVS發(fā)生了閂鎖效應。我們與客戶確認此TVS的規(guī)格書，發(fā)現(xiàn)標示3.3V工作電壓VRWM的TVS其Vhold電壓最低為2.8V，因此確認是不當?shù)腡VS選擇導致閂鎖造成的系統(tǒng)失效。

此案更換為晶焱科技VRWM 3.3V的AZ5123-01H后，成功幫助客戶解決問題。

Fig.3在LDO測試ESD造成的TVS閂鎖效應分析

總結，晶焱科技仍在持續(xù)努力提供更低鉗制電壓的TVS開發(fā)，同時也幫助客戶提升產品規(guī)格與可靠度。從系統(tǒng)面替客戶著想，不將風險轉嫁于客戶，提供低鉗制電壓以及無閂鎖風險的保護器件是我們對客戶的承諾。