FPD-LinkⅢ ESD保护方案推荐

2021/02/08

       随着5G,大数据,AI等技术的快速进步和新技术的不断应用,各个领域对于智能化技术的重视程度也逐渐提升,尤其是汽车领域,作为与每个人都息息相关的产品,汽车将在新技术的赋能下变得更加智能,甚至改变我们的出行生活。 


       智能汽车的重要组成部分之一就是ADAS(高级辅助驾驶系统),摄像头和车内的中控显示是ADAS的硬件基础。随着360°环视,车内高清中控仪表的普及,对视频数据的传输速率和稳定度有了更高的要求,FPD-Link和GMSL类型的传输总线是目前最合适的解决方案,这两者的架构非常相似,在此以TI公司的FPD-Link为例,推荐的ESD防护方案也适用于美信公司的GMSL总线。 


       FPD-Link是由TI公司推出,初代基于LVDS标准使用单对双绞线即可以350Mbps的速率传输视频数据。随后的FPD-LinkⅡ从LVDS标准转换为CML(Current mode Logic),仅使用1个差分对就可以达到1.8Gbps的传输速率。目前最新的FPD-LinkⅢ在差分对上除了传输视频,还可以传输控制信号,最高传输速率为4Gbps,并且FPD-LinkⅢ支持POC(Power-over-Coax)。在传输高速视频数据和控制信号的同时,还要传输电源,对系统在运行过程中的稳定度提出了非常高的要求。据推测,FPD-Link Ⅳ也已经在开发中,传输速率可能会有进一步的提升,后续ESD和EMC会面临更加严峻的挑战。 


        FPD-LinkⅢ支持两种模式:①单端系统模式;②差分系统模式。 


        单端系统模式是由1根同轴电缆组成,同轴电缆上可以传输12V电源,信号传输的最高速率可达4Gbps。这种模式可以将视频信号,控制信号和电源集成在一条很长的线缆上,显著降低了线缆成本,主要应用于车载摄像头等。 


       差分系统模式是由2对差分线组成,这种模式主要用于高清视频的传输,由于对传输速率的要求很高,所以一般线缆不会很长,主要应用于车内的高清中控显示等。


图一:FPD-LinkⅢ架构总览

图一:FPD-LinkⅢ架构总览

       

       无论是单端系统模式还是差分系统模式,都需要传输高速信号,在汽车内部复杂的电磁环境下,保障传输的数据不被干扰和电源足够稳定是非常重要的。随着车载系统对稳定性要求越来越高,对ESD和EOS防护要求也越来越严格。车载系统的ESD和EOS的防护标准中遵循的国际标准主要是ISO10605,ISO7637和ISO16750。


Standard
Test Type
ISO10605
ESD
ISO7637
EOS
ISO16750
EOS

表一:ISO标准与测试模式


        与消费类产品的ESD测试标准IEC61000-4-2不同,ISO10605标准中,包含了150pf/330Ω,150pf/2000Ω,330pf/330Ω,330pf/2000Ω四种测试方式,所以面临的状况会更加复杂。而对于防护元件TVS管来说,也需要取得AEC-Q101的认证才能够满足车载系统的高可靠性要求。晶焱科技(Amazing)的车载系列TVS能够提供优秀的防护性能而且已经通过AEC-Q101标准的认证,并一直持续关注客户的需求且不断推出新产品。 


        FPD-LinkⅢ单端系统模式的ESD防护,推荐使用的TVS参数应该符合Cj≤0.5pF, Vbr(Breakdown Voltage)≥13.2V,例如晶焱科技的AZ9817-01F,Cj=0.4pF(Typ.),不会影响到高速信号的传输,能够帮助系统在ESD测试时保持良好的稳定性(钳位电压曲线如图二所示)。同时,AZ9817-01F的封装只有DFN1006(0402),能够节省PCB面积。目前还有一些客户需求更高的DC耐压标准,对于这种应用,建议在选择TVS规格时参照Cj≤0.5pF,Vbr≥1.1*VDC的标准来选择。


图二:AZ9817-01F ESD钳位电压曲线(Tested by TLP)

图二:AZ9817-01F ESD钳位电压曲线(Tested by TLP)


       对于差分系统模式的FPD-LinkⅢ应用,必须使用超低容值的TVS,此应用更推荐AZ9143-04F这种集成式的TVS,封装为DFN2510,这种封装支持直穿式Layout,更适合差分对的布线。需要注意的是,AZ9143-04F要放置在AC的隔离电容之后,这颗TVS的Cj= 0.45pF(Typ.),图三为利用USB3.1 10Gbps的訊號進行眼图测试结果,所以几乎不会影响FPD-LinkⅢ的信号传输,并且ESD钳位效果非常优秀(如图四所示),即使外界有很强的ESD能量进入时,依然能够保护后端的芯片不受损坏。在国内某Top Panel客户项目上已经得到验证。目前,也有客户提出直接将TVS放置在connector侧,推荐的TVS规格参考Cj≤0.5pF, Vbr≥1.1*VDC的标准。


图三:AZ9143-04F Eye-diagram in 10Gbps differential pairs

图三:AZ9143-04F Eye-diagram in 10Gbps differential pairs


图四:AZ9143-04F ESD钳位电压曲线(Tested by TLP)

图四:AZ9143-04F ESD钳位电压曲线(Tested by TLP)

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