AMAZINGIC晶焱科技：预防TVS闩锁风险的方法与实际案例分析

AMAZINGIC晶岩科技：预防TVS锁锁风险分析方法及实际案例

摘要：

依靠先进工艺的进步，电子产品可以在更小的面积和体积下实现更复杂的功能和更低的功耗，但也降低了主芯片的静电耐受性。由于静电引起的故障与市场维修率密切相关，各品牌根据这些易受突波干扰的介面接口设置了测试规格IEC 只有61000-4-2系统级静电耐受试验才能将系统产品量产到市场上销售。

    然而，随着测试条件越来越严格，需要保护的晶片耐受性降低，市场上开始出现许多具有锁紧风险的保护装置，以提供更低的夹紧电压。本文将针对TVS以栓锁效应为例，并提出了如何正确选择保护元件以避免锁锁效应的方法。 

实例一：HDMI1.4介面ESD保护装置及锁锁效应

    常用于高速通信界面Re-timer或Re-driver重塑信号的完整性，最常见的是USB与HDMI Re-timer, 功能包括通信协议之间的转换和增加PCB线路设计的弹性。然而，除了上拉电阻直接连接到电源外，这种线路应用程序也是如此IC的Output driver电流驱动能力高，也造成TVS 发生Latch-up来源之一。                 我们使用终端产品HDMI 1.4连接屏幕进行锁定效应测量，并用示波器捕获TMDS channel电平变化。在实验过程中，我们将确认系统的正常运行ESD Gun对HDMI Port此时静电放电ESD保护元件将导向保护后端IC，如下图所示。 

锁锁风险之一TVS在HDMI介面ESD实验流程图

Fig. 一是锁锁的风险TVS在HDMI介面ESD实验流程图

    观察屏幕在实验过程中ESD黑屏放电后，用示波器观察锁TVS(非晶岩科技产品)电压从正常显示的2开始.8V被拉低到1.8V低电平使通信失效。我们将此TVS使用曲线跟踪仪Tektronix 370A测量大电流下的IV特点，发现这一点TVS进入低阻抗导通状态后，其导通的最低电压Vhold即为1.8V，如下图所示。 (此TVS使用SCR具有回弹特性的架构可以达到较低的钳制电压性能) 

Fig. 2.锁锁风险TVS电气特性图

Fig. 2.锁锁风险TVS电气特性图

    讨论根本原因：HDMI 1.4 Re-timer输出电压为2.8V(最低输出电压为2.6V)，而TVS Vhold则在1.8V，查找Re-timer规格书中TMDS短路输出电流最大可到50 mA (因为TVS导通后会形成极低的阻抗路径，可视为IC 输出短路到地的情况)，这种电流驱动能力可以使TVS进入锁后无法关闭。如果插头没有通过外部拔出，插头将被拔出IC断电时，无法回复屏幕显示和电压位准。对于长时间的电流导通，IC本身与TVS可能会造成不可逆转的潜在威胁，如热故障或漏电急剧增加…等等。                 因此在HDMI TMDS Channel，晶颜科技推荐客户使用 VRWM≧3.3V的TVS例如： AZ1143-04F for HMDI 1.4/2.0与AZ1123-04F for HDMI 2.1.晶岩科技对可靠性和质量的最高要求，在追求低钳制电压的同时，确保Vhold>VRWM，晶焱全系列TVS皆无Latch-up风险! 

实例二：Power Management Circuit Protection in Portable Device

    电池及其电源管理IC - LDO(低压降压器)是移动装置供电的核心。为了实现装置的电压输出稳定性和最佳可靠性，建议使用电压输出的脚TVS来做静电保护。但在电源输出的脚位不慎使用Latch-up风险的TVS更是禁忌，因为它的电流输出能力很强，会在短时间内造成电池耗电，造成TVS导通大电流，严重时可能造成元件烧毁，造成硬件损坏。                 在实际情况下，客户对3.3VLDO输出进行ESD测试后发现异常，我们在实验过程中测量电压位准，发现原3.3V已被下拉至2.85V，与LDO输出不一致，在恢复正常工作电压之前常工作电压。TVS锁锁效应发生。我们与客户确认了这一点TVS发现标记3的规格.3V工作电压VRWM的TVS其Vhold电压最低为2.8V，因此，确认不当TVS选择锁锁造成的系统故障。                          此案被晶炎科技取代VRWM 3.3V的AZ5123-01H之后，帮助客户成功解决问题。 

在LDO测试ESD造成的TVS锁效应分析

Fig.3在LDO测试ESD造成的TVS锁效应分析

    综上所述，晶岩科技仍在努力提供更低的钳制电压TVS开发也有助于客户提高产品规格和可靠性。从系统面对客户的角度来看，我们对客户的承诺是不将风险转移给客户，提供低钳制电压和无锁风险的保护装置。        Amazing offers latch-up free TVS: Vhold > VRWM≧Voperating!