車載OLED顯示模組ESD/EOS防護方案
OLED (Organic Light-Emitting Diode) 即有機發光二極體，是一種具有多層結構的有機電致發光器件。相較於傳統的LCD (Liquid Crystal Display)利用液晶及背光模組成像的原理， OLED顯示模組利用其本身加電自發光的原理與結構設計，使得它具有更輕薄、亮度高、功耗低、反應快、清晰度高、柔性好、發光效率高的特點，能滿足消費者對顯示技術的諸多新需求。現今OLED顯示模組已經被廣泛應用於各行各業中來替代傳統的LCD，如工業自動化設備，醫療設備，消費型電子產品如手機、平板、穿戴類手錶、筆記型電腦、VR設備等。
同樣隨著電動汽車的迅速發展，各大車企在不斷提升汽車性能的同時，不乏加入新的OLED顯示裝置以提升用戶的駕駛體驗，比如將顯示裝置做到2K甚至是4K高解析度顯示，車載系統的儀錶、中控、娛樂三聯顯示模組等新穎設計，其中中控顯示面板也逐漸增多使用OLED顯示模組以大幅提高顯示解析度。在車載顯示模組與主機通信協定中，使用最多的是LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)與eDP (Embedded Display Port)協議。相較於傳統的LVDS通信協定，eDP通信協定具有單通道速率高、功耗低、EMI干擾小、資料傳輸抗干擾能力強等特點，被廣泛應用於提升OLED顯示模組與主機間的通信效率。
eDP通信協定規定資料傳輸主要分三部分：影音傳輸的高速鏈路 (Main Link)、次要通道 (AUX)、熱插拔 (HPD)。高速鏈路 (Main Link)可支援1~4對差分信號通信，為資料的主要傳輸通道，目前eDP通信協定使用最多版本為V1.4，支援單鏈路最大通信速率為5.4Gbps，最新的eDP 1.5協定單鏈路也已經支援最大通信速率到8.1Gbps。另外，輔助通道(AUX)傳輸速率較低，可以做設備通信檢測，設備控制信號通信等功能。
為了保證OLED模組顯示的穩定性，生產廠商通常都會對自家的顯示模組進行ESD模擬測試，在商規顯示模組中普遍只會要求測試到8kV接觸放電和15kV空氣放電等級，但是鑒於車載系統的嚴格要求，ESD測試等級最高會提升至15kV的接觸和空氣放電，測試結果判定多數由Class B等級提升至Class A等級，即測試中不允許出現面板閃自恢復的現象。在如此嚴格的測試條件下，針對模組的TVS保護方案我們需要做到滴水不漏。當然，在OLED模組的TVS保護方案設計中，不僅僅只需要針對eDP介面的各線路做保護，另外還需要針對觸控的SPI信號，以及各類電源信號做保護，以保證各級IC均不被ESD測試所影響以順利通過ESD模擬測試。
在eDP介面保護中，由於高速鏈路(Main Link)傳輸速率高，選擇TVS時要考慮電容值不宜過大，同時高速信號容易受到ESD干擾，需要選擇鉗位電壓參數越小的TVS產品，才對信號保護效果越好。由於中控平板顯示模組屬於車載前裝組件，廠商在選擇器件時往往會要求TVS通過AEC-Q101的車規認證，晶焱科技AZ9系列所有料件均已通過AEC-Q101車規認證。eDP高速鏈路(Main Link)推薦使用低容值四通道AZ9143-04F或者八通道AZ9143-08F作為ESD和EOS保護設計，多通道DFN封裝layout簡單，無需打孔繞線，可減小EMI，提升防護效果；輔助通信 (AUX)使用雙通道AZ9515-02F作為ESD和EOS保護設計，為低速線路保護最優性價比產品。另外，觸控IC的SPI通信線路也可用四通道AZ9143-04F或者雙通道AZ9515-02F作為ESD和EOS保護。
| 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. 信號線保護TVS基本參數
OLED顯示模組若未完善防護設計，在測試中也會經常發生黑屏、重啟等現象，除了ESD或者EOS干擾到信號線路以外，各類晶片供電電源以及驅動電源受到干擾也是原因之一。針對電源線路不僅要注重ESD的保護，更加需要注重EOS的保護，因為其常常給顯示模組各類晶片及其他器件帶來嚴重的損毀，甚至增大客退率。車載OLED顯示模組中因為電源線路較多，但PCB面積往往較小，所以採用到的TVS保護器件以0402或者0603尺寸大小為主。選擇IPP電流越大、鉗位電壓越低的TVS產品，對EOS的保護效果越明顯，整個OLED顯示模組的ESD和EOS抗擾能力越強。
OLED模組內需要保護的電源線路眾多，例如PMIC VDD 1.8V 低壓電源，晶焱科技推薦使用超低工作電壓與鉗位電壓產品AZ9625-01F，保護效果極佳。另外，常見需要保護的還有VDD_3.3V，AVDD，DVDD，VGH/VGL，VIN等不同電壓線路，建議使用與其相同工作電壓的TVS產品即可。
| 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.電源線保護TVS基本參數
完善的ESD和EOS保護設計才能保證產品的性能發揮不受影響，也是減少產品客退的重要方法。晶焱科技多樣的產品選擇以及豐富的設計經驗，可為終端產品設計提供更為全面的ESD和EOS防護方案。
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