车载OLED显示模块ESD/EOS防护方案
OLED (Organic Light-Emitting Diode) 即有机发光二极管，是一种具有多层结构的有机电致发光器件。相较于传统的LCD (Liquid Crystal Display)利用液晶及背光模块显像的原理， OLED显示模块利用其本身加电自发光的原理与结构设计，使得它具有更轻薄、亮度高、功耗低、回应快、清晰度高、柔性好、发光效率高的特点，能满足消费者对显示技术的诸多新需求。现今OLED显示模块已经被广泛应用于各行各业中来替代传统的LCD，如工业自动化设备，医疗设备，消费类电子产品如手机、平板、穿戴类手表、笔记本电脑、VR设备等。
同样随着电动汽车的迅猛发展，各大车企在不断提升汽车性能的同时，不乏加入新的OLED显示设备以提升用户的驾驶体验，比如将显示设备做到2K甚至是4K高清显示，车载系统的仪表、中控、娱乐三联屏等新颖设计，其中中控显示平板也逐渐增多使用OLED显示模块以大幅提高显示分辨率。在车载显示模块与主机通信协议中，使用最多的是LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)与eDP (Embedded Display Port)协议。相较于传统的LVDS通信协议，eDP通信协议具有单信道速率高、功耗低、EMI干扰小、数据传输抗干扰能力强等特点，被广泛应用于提升OLED显示模组与主机间的通信效率。
eDP通信协议规定数据传输主要分三部分：影音传输的高速链路 (Main Link)、辅助通道 (AUX)、热插入 (HPD)。高速链路 (Main Link)可支持1~4对差分信号通信，为数据的主要传输信道，目前eDP通信协议使用最多版本为V1.4，支持单链路最大通信速率为5.4Gbps，最新的eDP 1.5协议单链路也已经支持最大通信速率到8.1Gbps。另外，辅助通道(AUX)传输速率较低，可以做设备通信检测，设备控制信号通信等功能。
为了保证OLED模块显示的稳定性，生产厂商通常都会对自家的显示模块进行ESD仿真测试，在商规显示模块中普遍只会要求测试到8kV接触放电和15kV空气放电等级，但是鉴于车载系统的严格要求，ESD测试等级最高会提升至15kV的接触和空气放电，测试结果判定多数由Class B等级提升至Class A等级，即测试中不允许出现屏闪自恢复的现象。在如此严格的测试条件下，针对模块的TVS保护方案我们需要做到滴水不漏。当然，在OLED模块的TVS保护方案设计中，不仅仅只需要针对eDP接口的各线路做保护，另外还需要针对触控的SPI信号，以及各类电源信号做保护，以保证各级IC均不被ESD测试所影响以顺利通过ESD模拟测试。
在eDP接口保护中，由于高速链路(Main Link)传输速率高，选择TVS时要考虑电容值不宜过大，同时高速信号容易受到ESD干扰，需要选择钳位电压参数越小的TVS产品，才对信号保护效果越好。由于中控平板显示模块属于车载前装组件，厂商在选择器件时往往会要求TVS通过AEC-Q101的车规认证，晶焱科技AZ9系列所有物料均已通过AEC-Q101车规认证。eDP高速链路(Main Link)推荐使用低容值四通道AZ9143-04F或者八通道AZ9143-08F作为ESD和EOS保护设计，多通道DFN封装layout简单，无需打孔绕线，可减小EMI，提升防护效果；辅助通信 (AUX)使用双通道AZ9515-02F作为ESD和EOS保护设计，为低速线路保护最优性价比产品。另外，触控IC的SPI通信线路也可用四通道AZ9143-04F或者双通道AZ9515-02F作为ESD和EOS保护。
| Part No. | Package | Capacitance (pF) | VRWM (V) | VBV (V) | Channel | VCL_ESD @8kV(V) | ESD Air (kV) | ESD Contact (kV) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AZ9143-04F | DFN2510P10E (2.5x 1.0x 0.5) | 0.45 | 3.3 | 4.5 | 4 | 9 | 15 | 15 |
| AZ9143-08F | DFN3810P9E (3.8x 1.0x 0.5) | 0.5 | 3.3 | 4.5 | 8 | 9 | 15 | 12 |
| AZ9515-02F | DFN1006P3X (1.0x 0.6x 0.5) | 0.8 | 5 | 6 | 2 | 10.7 | 18 | 18 |
表一. 信号线保护TVS基本参数
OLED显示模块若未完善防护设计，在测试中也会经常发生黑屏、重启等现象，除了ESD或者EOS干扰到信号线路以外，各类芯片供电电源以及驱动电源受到干扰也是原因之一。针对电源线路不仅要注重ESD的保护，更加需要注重EOS的保护，因为其常常给显示模块各类芯片及其他器件带来严重的损毁，甚至增大客退率。车载OLED显示模块中因为电源线路较多，但PCB面积往往较小，所以采用到的TVS保护器件以0402或者0603尺寸大小为主。选择IPP电流越大、钳位电压越低的TVS产品，对EOS的保护效果越明显，整个OLED显示模块的ESD和EOS抗扰能力越强。
OLED模块内需要保护的电源线路众多，例如PMIC VDD 1.8V 低压电源，晶焱科技推荐使用超低工作电压与钳位电压产品AZ9625-01F，保护效果极佳。另外，常见需要保护的还有VDD_3.3V，AVDD，DVDD，VGH/VGL，VIN等不同电压线路，建议使用与其相同工作电压的TVS产品即可。
| Part No. | Package | VRWM (V) | VBV (V) | VCL_ESD @8kV (V) | VCL_surge @5A (V) | ESD Air (kV) | ESD Contact (kV) | IPP (A) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AZ9625-01F | DFN1006P2E (1.0x 0.6x 0.5) | 2.5 | 3.5 | 5 | 4.3 | 30 | 30 | 20 |
| AZ9523-01F | DFN1006P2X (1.0x 0.6x 0.45) | 3.3 | 4 | 7 | N/A | 16 | 16 | N/A |
| AZ9585-01F | DFN1006P2E (1.0x 0.6x 0.45) | 5 | 6 | 6.5 | 6 | 25 | 25 | 15 |
| AZ9808-01F | DFN1006P2X (1.0x 0.6x 0.45) | 8 | 9 | 15.5 | N/A | 30 | 30 | N/A |
| AZ9812-01F | DFN1006P2X (1.0x 0.6x 0.45) | 12 | 13.5 | 17 | N/A | 16 | 16 | N/A |
| AZ9313-01F | DFN1610P2E (1.6x 1.0x 0.5) | 3.3 | 4 | 4.8 | 5.4 | 30 | 30 | 70 |
| AZ9315-01F | DFN1610P2E (1.6x 1.0x 0.5) | 5 | 6 | 6 | 6.5 | 30 | 30 | 60 |
| AZ9707-01F | DFN1610P2E (1.6x 1.0x 0.5) | 7 | 7.8 | 9.0 | 8.5 | 30 | 30 | 45 |
| AZ9710-01F | DFN1610P2E (1.6x 1.0x 0.5) | 10 | 11.2 | 12.7 | 12.3 | 30 | 30 | 32 |
| AZ9712-01F | DFN1610P2E (1.6x 1.0x 0.5) | 12 | 13.3 | 15 | 14.5 | 30 | 30 | 25 |
表二.电源线保护TVS基本参数
完善的ESD和EOS保护设计才能保证产品的性能发挥不受影响，也是减少产品客退的重要方法。晶焱科技多样的产品选择以及丰富的设计经验，可为终端产品设计提供更为全面的ESD和EOS防护方案。
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