Thunderbolt超高速I/O傳輸接口的ESD防護(hù)方案

Thunderbolt技術(shù)以1顆橋接PCIe以及視訊整合的晶片，能夠在3公尺的線長(zhǎng)內(nèi)傳輸達(dá)10Gbps的資料以及10瓦的供電，來作為界面控制，而接口在目前是先以銅纜來實(shí)現(xiàn)。在Intel與Apple的密切合作下，迅速地實(shí)際應(yīng)用在Mac系列的產(chǎn)品上，以提供快速的資料傳輸服務(wù)。目前在Mac系列上的Thunderbolt是建構(gòu)在mini-DisplayPort的實(shí)體接口上，其每條訊號(hào)線的傳輸速度規(guī)格如表1所示。而由于Thunderbolt是超高速的傳輸接口，在系統(tǒng)上屬于外露給使用者可以插拔的接口，必然是靜電放電(ESD)破壞的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，因此ESD防護(hù)方案在此是絕對(duì)必要的。

　　表1，訊號(hào)線傳輸速度規(guī)格表。

　　圖1，Thunderbolt完整的接口接線圖。

　　在設(shè)計(jì)Thunderbolt接口的ESD防護(hù)方案時(shí)，因?yàn)檫@個(gè)界面同時(shí)具備有數(shù)位影像以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，因此在額外加入的ESD防護(hù)元件設(shè)計(jì)時(shí)，必須特別注意不可以影響到其超高速訊號(hào)的傳輸品質(zhì)，為此晶焱科技特別設(shè)計(jì)了1顆ESD防護(hù)IC：AZ1065-06F，其每1根I/O接腳的寄生電容僅有0.27pF，可避免影響到高達(dá)10Gbps的訊號(hào)傳輸品質(zhì)，而1個(gè)Thunderbolt接口僅需要2顆AZ1065-06F再加1顆AZ4024-01H就可以完整地保護(hù)此接口不受ESD的威脅，圖1即為完整的接口接線圖。

　　因?yàn)門hunderbolt接口的傳輸速率高達(dá)10Gbps，在設(shè)計(jì)ESD防護(hù)方案時(shí)，除了要盡量降低ESD防護(hù)元件接腳的寄生電容外，還必須維持PCB繞線(traces)的差動(dòng)阻抗(differential impedance)不受影響，所以AZ1065-06F在設(shè)計(jì)時(shí)，還必須特別將其package接腳的空間間隔做特別設(shè)計(jì)，以符合維持PCB traces的differential impedance不會(huì)因?yàn)榧由狭薃Z1065-06F而有所改變，圖2即為AZ1065-06F實(shí)際的PCB布局(layout)范例。

　　在ESD防護(hù)IC的接腳之寄生電容與空間間隔，符合了不影響訊號(hào)傳輸品質(zhì)的要求后，接著就要檢視ESD防護(hù)IC所能提供的ESD防護(hù)效果。AZ1065-06F的每1根接腳對(duì)地，都被設(shè)計(jì)成可以承受IEC61000-4-2 contact mode 8KV以上的ESD轟擊，且其所提供的箝制電壓(Clamping Voltage)在6KV時(shí)僅有13V而已。因此AZ1065-06F除了本身的ESD防護(hù)性能力外，更結(jié)合了如圖1和圖2的接線與PCB layout設(shè)計(jì)，使得Thunderbolt接口可以承受高達(dá)8KV的ESD轟擊，而不會(huì)有受到破壞的危險(xiǎn)狀況發(fā)生。這樣的設(shè)計(jì)可以大大地降低Thunderbolt接口因ESD轟擊而失效的機(jī)率，也是現(xiàn)今高速電子產(chǎn)品迫切需要的防護(hù)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@類高速接口對(duì)應(yīng)的主要傳輸晶片，都是采用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程所設(shè)計(jì)，這類先進(jìn)制程的高速晶片本身對(duì)ESD耐受能力極為薄弱，所以非常仰賴接口的ESD防護(hù)方案。