FPD-LinkⅢ ESD保護方案推薦

       隨著5G、大數據，AI等技術的快速進步和新技術的不斷應用，各個領域對於智能化技術的重視程度也逐漸提升，尤其是汽車領域，作為與每個人都息息相關的產品，汽車將在新技術的發展下變得更加智慧，甚至改變我們的外出生活。 

       智慧汽車的重要組成部分之一就是ADAS（高級輔助駕駛系統），攝像頭和車內的中控顯示是ADAS的硬體基礎。隨著360°環視，車內高清中控儀錶的普及，對影音資料的傳輸速率和穩定度有了更高的要求，FPD-Link和GMSL類型的傳輸總線是目前最合適的解決方案，這兩者的架構非常相似，在此以TI公司的FPD-Link為例，推薦的ESD防護方案也適用於美信公司的GMSL總線。 

       FPD-Link是由TI公司推出，初代基於LVDS標準使用單對雙絞線即可達成350M bps的速率傳輸影音資料。隨後的FPD-LinkⅡ從LVDS標準轉換為CML（Current mode Logic），僅使用1個差分對就可以達到1.8G bps的傳輸速率。目前最新的FPD-LinkⅢ在差分對上除了傳輸影音訊號，還可以傳輸控制訊號，最高傳輸速率為4G bps，並且FPD-LinkⅢ支持POC（Power-over-Coax）。在傳輸高速影音資料和控制訊號的同時，還要傳輸電源，對系統在運行過程中的穩定度提出了非常高的要求。據推測，FPD-Link Ⅳ也已經在開發中，傳輸速率可能會有進一步的提升，後續ESD和EMC會面臨更加嚴峻的挑戰。 

       FPD-LinkⅢ支援兩種模式：①單端系統模式；②差分系統模式。 

       單端系統模式是由1根同軸電纜組成，同軸電纜上可以傳輸12V電源，訊號傳輸的最高速率可達4G bps。這種模式可以將影音資料，控制訊號和電源整合在一條很長的線纜上，顯著降低了線纜成本，主要應用於車載攝像頭等。 

       差分系統模式是由2對差分線組成，這種模式主要用於高清影音的傳輸，由於對傳輸速率的要求很高，所以一般線纜不會很長，主要應用於車內的高清中控顯示等。

圖一：FPD-LinkⅢ架構總覽

       無論是單端系統模式還是差分系統模式，都需要傳輸高速訊號，在汽車內部複雜的電磁環境下，保障傳輸的資料不被干擾和電源足夠穩定是非常重要的。隨著車載系統對穩定性要求越來越高，對ESD和EOS防護要求也越來越嚴格。車載系統的ESD和EOS的防護標準中遵循的國際標準主要是ISO10605，ISO7637和ISO16750。

表一：ISO標準與測試模式

       與消費類產品的ESD測試標準IEC61000-4-2不同，ISO10605標準中，包含了150pF/330Ω，150pF/2000Ω，330pF/330Ω，330pF/2000Ω四種測試方式，所以面臨的狀況會更加複雜。而對於防護元件TVS來說，也需要取得AEC-Q101的認證才能夠滿足車載系統的高可靠性要求。晶焱科技（Amazing）的車載系列TVS能夠提供優秀的防護性能而且已經通過AEC-Q101標準的認證，並一直持續關注客戶的需求且不斷推出新產品。 

       FPD-LinkⅢ單端系統模式的ESD防護，推薦使用的TVS參數應該符合Cj≤0.5pF, Vbr(Breakdown Voltage)≥13.2V，例如晶焱科技的AZ9817-01F，Cj=0.4pF(Typ.)，不會影響到高速訊號的傳輸，能夠説明系統在ESD測試時保持良好的穩定性(鉗位電壓曲線如圖二所示)。同時，AZ9817-01F的封裝只有DFN1006(0402)，能夠節省PCB面積。目前還有一些客戶需求更高的DC耐壓標準，對於這種應用，建議在選擇TVS規格時參照Cj≤0.5pF，V_br≥1.1*V_DC的標準來選擇。

圖二：AZ9817-01F ESD鉗位電壓曲線（Tested by TLP）

       對於差分系統模式的FPD-LinkⅢ應用，必須使用超低容值的TVS，此應用更推薦AZ9143-04F這種集成式的TVS，封裝為DFN2510，這種封裝支持直穿式Layout,更適合差分對的佈線。需要注意的是，AZ9143-04F要放置在AC的隔離電容之後，這顆TVS的Cj= 0.45pF(Typ.)，圖三為利用USB3.1 10G-bps的訊號進行眼圖測試結果，所以幾乎不會影響FPD-LinkⅢ的訊號傳輸，並且ESD鉗位效果非常優秀(如圖四所示)，即使外界有很強的ESD能量進入時，依然能夠保護後端的晶片不受損壞。在國內某Top Panel客戶專案上已經得到驗證。目前，也有客戶提出直接將TVS放置在connector側，推薦的TVS規格參考Cj≤0.5pF, V_br≥1.1*V_DC的標準。

圖三：AZ9143-04F Eye-diagram in 10Gbps differential pairs

圖四：AZ9143-04F ESD鉗位電壓曲線（Tested by TLP）