适用于小尺寸面板的 ESD 和 EOS 解决方案

小尺寸面板主要包括手机触摸屏、平板触摸屏、数码相机触摸屏。这些面板和主板之间最常见的数据连接接口是MIPI(移动工业处理器接口)。通过加入 TVS 保护方案，提高 ESD 和 EOS 耐受水平，可以大大降低电子产品在日常生活中受到干扰甚至破坏的机会，从而延长产品的使用寿命，降低返修率，允许消费者对产品的信任度更高，品牌美誉度也随之提高。

关键词：ESD、MIPI、EOS、面板

随着小型化智能产品的普及，各类消费电子产品日新月异，出现了越来越多集成化、复杂化的产品。面板显示技术也发生了前所未有的变化。随着显示面板分辨率的提高，数据传输变得更加复杂和快速。但是，它也导致数据传输更容易受到外部干扰，最常见的干扰因素是ESD和EOS。如何有效保护面板，避免ESD/EOS攻击对功能运行的影响甚至损坏，是我们亟待解决的问题。

1. 什么是 ESD/EOS?

ESD是一种静电放电。是由于摩擦、电感等引起的电位差，两个物体靠得很近或直接接触时发生电荷转移的现象。ESD事件在现实生活中经常发生，尤其是在湿度较低的环境中. 比如冬天搓手后触摸门把手，会感觉到触电，冬天睡前脱毛衣时产生的电弧，下雨天外面有闪电。这些实际上是发生在我们身上的 ESD 事件。

干燥的环境可能会使我们的身体承受高达数十万伏的静电。如果在没有保护的情况下触摸手机等电子设备的屏幕，ESD会通过面板的FPC进入电子设备的内部电路，瞬间释放出高达数十安培的电流。如今，半导体制程技术越来越精密，最先进的制程技术已达到7nm。然而，如此昂贵的高端IC芯片本身的ESD耐受性已经不如从前，这使得使用这种芯片的先进电子设备面临着巨大的挑战。对于较小的情况，ESD 事件会干扰电子设备的正常运行。在严重的情况下，ESD可能会直接击穿电子设备内部的IC芯片，

EOS 是一种电气过应力。当外部电流或电压超过设备或电子产品的最大规格时，产品性能可能会减弱甚至损坏。EOS是在多种情况下产生的，包括电源不稳定引起的浪涌、热插拔引起的瞬态浪涌电流、雷击产生的瞬态感应电流、测试过程中的错误接线操作……。

2.电源ESD/EOS解决方案

对于电子设备的系统级测试，所使用的静电测试环境必须符合 IEC 61000-4-2 标准。标准文件中规定了接触放电和空气放电两种测试方法。针对不同的环境和电子产品，品牌厂商可以根据实际应用环境和需求设置相应的测试等级。对于小尺寸面板产品，一般建议进行接触放电±8kV和空气放电±15kV测试。建立合理的测试标准可以提高产品的可靠性，降低产品的退货率。

除了ESD测试，很多小尺寸面板产品也通过8/20μs浪涌波形来完成EOS测试。测试根据 IEC 61000-4-5 标准文件进行。测试电压等级和待测位置也由品牌厂家根据实际情况进行。目前，国内外众多知名手机品牌都制定了相关测试标准，主要针对VSP、VSN、VCI(1.8V)Power……由于FPC元件区空间限制，单颗DFN1006可以使用(0402)封装甚至更小尺寸的CSP0603 (0201)封装TVS产品来进行保护。下表是 AMAZING Microelectronic Corp. 推荐的电源线 ESD 和 EOS 保护解决方案。

三、什么是MIPI

MIPI[1]是移动行业处理器接口的简称，是MIPI联盟为移动应用处理器制定的开放标准规范。与传统的信号传输方式相比，采用MIPI的模块具有速度快、传输数据量大、功耗低、抗干扰等优点，深受移动行业市场的青睐。

在用于小型面板的MIPI传输线中，低速和高速信号传输的差分线都包含在信号传输中。MIPI 指定了一个差分时钟通道，其中一个数据通道可以扩展为四个差分对。数据速率可根据处理器要求和外部设置进行调整。此外，MIPI D-PHY 规范仅给出了数据速率范围，并没有指定具体的操作速率。在应用中，可用的数据通道和数据速率由接口两端的设备决定。当前可用的 MIPI D-PHY IP 内核可提供高达 1 Gbps 的每个数据通道，这一特性使 MIPI 完全适用于当今的高性能应用。此外，

4. MIPI最佳ESD保护方案

为了保证数据线信号传输的完整性、电源电压的稳定性以及相关IC芯片不受ESD影响，需要在MIPI对应的线路上增加ESD保护器件。对于其复杂的线路要求，加入半导体TVS(Transient Voltage Suppressor)产品是目前最好的保护方案。当TVS管在两端受到瞬时高能冲击时，它可以以极快的响应速度(<1ns)突然降低其阻抗，将大电流引导至地，并在两端之间产生钳位电压一个预定值，以确保后续电路元件免受瞬态高能冲击的影响。

半导体TVS具有响应时间快、瞬态功率大、电容低、漏电流小、击穿电压小、钳位电压低、体积小、安装方便等优点。在TVS选型中，由于MIPI接口数据线的信号传输速率较快，建议使用小容量(≤0.5pF)的保护方案。此外，由于小尺寸面板的FPC元件面积空间有限，在ESD钳位电压较低的前提下，还需要尽可能选择小封装TVS器件。AMAZING Microelectronic Corp. 推荐使用下表中的以下部件用于小尺寸面板 MIPI 数据线的 ESD 保护解决方案：

在上表的方案推荐中，最引人注目的产品是AZ1743-04F，它采用了DFN1308P5Z，封装尺寸仅为1.3mmx0.8mmx0.4mm，单个极小封装的TVS阵列集成了4个I/O保护线，在PCB空间上比两个或四个单通道0402封装TVS产品小很多，更有利于FPC板在小尺寸面板狭小空间的设计。同时时间上，AZ1743-04F的电容值更低，钳位电压更低，产品性能优于其他多单元产品，是MPI数据线的最佳ESD保护方案。

综上所述，为了提升电子产品的使用体验，延长电子产品的使用寿命，各种测试需求将不断增加，ESD/EOS的测试需求也将不断增加。此外，目前各类IC芯片的制造工艺技术越来越先进，导致芯片的公差越来越低。为了通过更严格的ESD/EOS测试，敏感芯片接口处或附近的电路需要考虑更高效的保护方案。随着电子产品功能的日新月异，TVS产品的设计技术也在不断更新和先进，为电子产品提供更强大的保护。