公开使用

JOE ZHAO

高级区域营销经理

2016年9月29日

FTF-MHW-N2141

使用高级SP产品来提高快速充电、Type C和NFC解决方案的效率

公开使用1 公开使用1

议程• SP产品概述

• 通过ESD保护提高移动产品的可靠性

• 通过MOSFET和二极管提高效率

• 通过分立式器件优化Type C USB3设计

• 通过高效率分立式器件实现快速充电设计

• 通过NFC保护实现顺畅通信，打造上乘用户体验

• 总结

公开使用2

您的第一选择 – 二极管、晶体管、ESD & EMI滤波、SSMOS、功率MOS和逻辑产品

细分市场 实现途径反映在10,000多种产品中 结果

• 高性价比供应链

• 高质量水平，故障率小于0.1PPM

• 扩展的AECQ-100/101产品组合

• 同类最佳的封装

• 小信号二极管和晶体管

• 中等功率二极管和晶体管

• ESD保护和EMI滤波产品

• 小信号MOSFET

• 功率MOSFET

• 逻辑器件

汽车

便携式设备

通信

…每年出货量超过700亿片！

GA分立器件#1

PowerMOS汽车

#3

#2

Logic逻辑产品

消费电子

计算领域

工业

公开使用3

手持设备中的分立器件产品

充电器/电池保护

HDMI

DisplayPort

存储卡

针对客户的特定产品

天线保护NFC

SIM卡

Typc C

USB2.0

USB3.0

USB3.1

通用ESD保护

MIPI-

显示器、相机

麦克风/扬声器

键盘

公开使用4

面向标准功能和尖端应用的广泛产品组合

分立式器件的一站式购物选择

产品

组合

静电保护和滤波• 标准及低电容型ESD

保护器件• 浪涌保护（TVS）器件• 共模和EMI滤波器

MOSFET

• PowerMOS

• 低RDSon沟道MOSFET

• ESD保护型• N/P沟道MOSFET

中等功率二极管和晶体管• 中高功率双极性晶体管/低VCEsat

晶体管• 高压双极性晶体管• 低VF肖特基和PN整流器

小信号二极管和晶体管• 通用二极管和晶体管• 齐纳、肖特基和开关二极管• 配电阻晶体管（RET）

扩大中等功率二极管和晶体管产品组合

路线图规划

面向最新移动和高速应用的ESD保护/TVS器件

扩大MOSFET产品组合

公开使用5

封装选项和寿命周期

持续投资新技术研发

专业

增长 稳定 衰落

夹片式封装优异的电热性能高温应用（175 ºC）“无线”，高度可靠

高度仅1 mm

无引脚封装最小0.4 x 0.2 mm

高功率应用散热器AOI适用（可焊侧盘）

量产

DFN1006 (-2/-3)

DSN1006/0603

常规功率封装SMA（B/C）、DPAK、D²PAK

（无GA产品组合）

有引脚SMD封装

LFPAK

CFP 3/5/15

DFN2020/1010

DFN/DSN1608

WLCSP

持续改进工艺技术

玻璃和通孔封装

公开使用6

Type C中使用的标准产品

公开使用7

新型Type-C连接器

• 对最终客户的好处：

−可双向连接

−支持更高充电电流/电压，可提高充电速度

−支持通过Type-C硬件发送HDMI、DisplayPort

等其他标准的数据

−尺寸小，支持小型和超薄型应用

−USB Type-C有可能成为唯一幸存的连接器，尤其是移动设备

插座前部视图

SuperSpeedDifferential Rx pair

HighSpeed 2 xDifferential pairs

Side-Band Usage (SBU) Communication Channel (CC

SuperSpeedDifferential Tx pair

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

公开使用8

Type-C连接器布局

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12

B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12

B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1

GND TX2+ TX2- VBUS CC2 D+ D- SBU2 VBUS RX21- RX1+ GND

GND RX2+ RX2- VBUS SBU1 D- D+ CC1 VBUS TX1- TX1+ GND

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12

A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12

B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1

插座前部视图

连接器可通过任一方向插入

插座

插头

公开使用9

超高速Tx和Rx线路需要在系统端通过一个高速开关连接。恩智浦提供从连接器到SoC的完整解决方案。请参看恩智浦USB Type-C连接器解决方案演示文稿。

插座前部视图

超高速差分Rx对

高速2 x

差分对

Side-Band Usage （SBU）：备选模式（通过USB的其他标准）和音频适配器配件模式。

通信通道（CC）：确定插头方向、主机转器件关系、设置和管理电源选项。

超高速差分Tx对

全功能Type-C连接器的引脚排列

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

公开使用10

恩智浦Type-C保护和滤波产品

• 恩智浦Type-C参考设计的一部分

• 提供面向不同概念的布局和Gerber

文件：

−带ESD保护的共模滤波器

−多路ESD保护

−单路ESD保护

• 提供行业领先的TrEOS保护，涵盖各种尺寸，单线和多线。

…使用单线ESD保护

…使用多线ESD保护

…使用带ESD的共模滤波器

公开使用11

ESD | 新型TrEOS保护产品...

符合需求的尺寸

单线和多线器件（4线和6线）

双向和单向配置

灵活的封装选项

理想的参数组合

低电容

低钳位电压

高可靠性

卓越的信号完整性

低至0.10 pF（典型值）

基准SoC保护，RDYN低至0.18Ω（典型值）超快深度位移回跳

最高20 kV VESD/最高9 A IPPMDSN0603

0.6 x 0.3 x 0.3 mm

（0201英寸）

DFN2111-7

2.1 x 1.1 x 0.5 mm

DFN2510A-10

2.5 x 1.0 x 0.5 mm

公开使用12

超高速USB（3.1）推荐器件

适合10 Gbps超低钳位电压，有效保护敏感SoC

解决方案选项 器件编号 封装（尺寸） 电容 数量/组 备注

单线ESD二极管PESD5V0H1BSF(SOD962)

SOD962(0.6x0.3mm)

0.2pf 10件 PCB布局灵活 性能优异

多线ESD阵列

PUSB3FR6

（6线ESD）PUSB3FR4

（4线ESD）

DFN 2.1x1.1mmDFN 2.5x1.0mm

~0.3 pf 2件 降低PCB尺寸 成本效益

带ESD保护的共模滤波器PCMFxUSB3SPESDxUSB3S

0.8x1.2 0.3pf 4件 组合式CMF和ESD

全面的滤波和ESD保护

公开使用13

插座前部视图

部分实例：高速USB：单纯ESD二极管解决方案

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

PESD5V0

H1BSF

公开使用14

插座前部视图

部分实例：高速USB：ESD保护，高集成度

PUSB3FR4

PUSB3FR6

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

公开使用15

插座前部视图

部分实例：高速USB：全滤波解决方案

PCMF1USB3S PCMF1USB3S

IP3319CX6PCMF1USB3S PCMF1USB3S

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

…推荐高EMI环境使用，如手机、平板电脑

公开使用16

信号完整性USB3.1 @ 10 Gb/s

标准FR4测试板（无ESD保护）PUSB3FR4（基于标准FR4测试板–

典型电容）

典型电容样本

限值电容样本

PUSB3FR4（基于标准FR4测试板–

最大限值电容样本）

公开使用17

带ESD保护和尺寸兼容ESD保护的共模滤波器

• 面向1、2或3对差分线的共模滤波器

• 尺寸兼容ESD保护器件支持在紧急关头在CMF+ESD和

纯ESD之间进行切换

• 宽差分通带（~6 GHz-3dB频率）

• 宽带共模抑制

• 极其对称的射频行为

• 行业领先的系统保护和8/20浪涌可靠性

• 符合ESD IEC 61000-4-2规范的±15 kV触点和15 kV空

气放电装置

• 0.4mm间距WLCSP封装

• 数据表：

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCMFXUSB3S.

pdf

PCMFxUSB3S线对数量 封装尺寸 带集成式ESD的

共模滤波器同样封装的纯ESD

产品

1 PCMF1USB3S PESD1USB3S

2 PCMF2USB3S PESD2USB3S

3 PCMF3USB3S PESD3USB3S

公开使用18

PCMFxUSB3S：眼图测量结果

USB3测试板无DUT

USB 3.1 @ 5 Gbps

USB3测试板带PCMFxUSB3S

USB 3.1 @ 5 Gbps

USB3测试板带PCMFxUSB3S

USB 3.1 @ 10 Gbps

USB3测试板无DUT

USB 3.1 @ 10 Gbps

公开使用19

PCMFxUSB3S – 差分通带

• PCMFxUSB3S与其他选项相比：

−另一供应商提供的硅基CMF（带ESD保护）

−另一供应商提供的最佳铁氧体CMF（带额外的0.35 pF ESD保护，纯ESD保护差分3dB频率：15 GHz）

• 相比所有其他解决方案，在6 GHz 3dB频率条件下，PCMFxUSB3S拥有最宽的差分通带

PCMF：最宽的差分通带（3dB频率），相比排名第二的解决方案，优势达1GHz左右

-4,0

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

1,E+07 1,E+08 1,E+09

S21dd

frequency (Hz)

PCMFxUSB3S_DM

Other_1(Si)_DM

Other_2(Si)_DM

Other_3(Si)_DM

Other_4(Ferrite+ESD)_DM

Other_5(Ferrite+ESD)_DM

PCMF：平稳过渡

公开使用20

-48

-45

-42

-39

-36

-33

-30

-27

-24

-21

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

1,00,E+07 1,00,E+08 1,00,E+09 1,00,E+10

Inse

rtio

n L

oss

(d

B)

Si other supplier 1

Si other supplier 2

PCMFxUSB3S

PCMFxUSB3S – 共模滤波

• PCMFxUSB3S与两种其他USB3硅基CMF相比

• PCMFxUSB3S在所有相关移动频率下，均具有强大的共模抑制能力

• 为避免USB3基波在2.5 GHz（5 Gb/s）条件下对其他信号（LTE、WiFi、蓝牙）产生干扰，抑制极强

• >10 dB（功率为一个数量级）共模抑制在700 MHz至10 GHz之间

USB3.1

基波附近共模抑制性能最强

移动频率条件下共模抑制表现强劲

PCMF

2.5

GHz

5

GHz

公开使用21

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14

ITLP

(A)

VTLP (V)

PCMFxUSB3

Silicon competitor 1

Silicon competitor 2

Silicon competitor 3

PCMFxUSB3S – ESD钳位

• 相比集成ESD保护的所有其他硅基CMF，PCMFxUSB3S的钳位电压要低得多

• 相比集成ESD保护的铁氧体解决方案，PCMFxUSB3S的钳位电压要好一个数量级

所有CMF中最佳钳位电压

更好的SoC保护

PCMF

带ESD-保护的铁氧体解决方案为~500 V

公开使用22

部分实例，CC、SBU和Vbus：低速4. 单一二极管解决方案

插座前部视图

PTVS…

GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND

GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND

PESD

5V0X1

BCAL

PESD

5V0X1

BCAL

PESD

5V0X1

BCAL

PESD

5V0X1

BCAL

公开使用23

TVS防浪涌二极管 – 应用电路（示例）

• Micro USB接口

• Vbus或Vbat端的保护TVS二极管

• 防止浪涌破坏充电器IC、主芯片等

TVS二极管

TVS防浪涌二极管保护USB Vbus或Vbat

防止TVS冲击

公开使用24

采用各种封装的TVS产品组合

系列 PTVSxS1UR PTVSxU1UPA PTVSxZ1USK

封装 SOD123W DFN2020-3 DSN1608

示意图

PCB面积 9.24 mm² 4.83 mm² 1.8 mm²

Pppm(10/1000us)

(8/20us)400W 300W

3000W

200W

1200W

量产情况 已量产 已量产 已量产5V和12V

-/-48%

-/-63%

公开使用25

采用DFN2020-3封装的TVS二极管

• 目标应用：保护平板电脑和手机的Vbus和Vbat

• 产品组合：

型号 VRWM

VBR

最小值VBR

最大值IPPM

8/20µs

VCL8/20µs

PPPM8/20µs

PTVS7V5U1UPA 7.5 8.33 9.21 178A 19.7V 3000W

PTVS10VU1UPA 10 11.1 12.3 148A 23V 3000W

PTVS12VU1UPA 12 13.3 14.7 131A 25.5V 3000W

PTVS15VU1UPA 15 16.7 18.5 111A 28.8V3000W

PTVS18VU1UPA 18 20 22.1 97A 32V 3000W

PTVS26VU1UPA 26 28.9 31.9 69A 43.5V 3000W

公开使用26

智能手机充电器路径中的TVS（DSN1608封装）

型号 VRWM (V) 最终样片 已量产Vcl @ Ippm

8/20µs (V)

Ippm 8/20µs

(A)封装

PTVS5V0Z1USKN5

是 是18 80

DSN1608

(1.6 x 0.8 x 0.25mm)

PTVS5V0Z1USK 是 即将

PTVS7V5Z1USK 7.5 是 即将 23 70

PTVS10VZ1USK 10 是 即将 29 60

PTVS12VZ1USKN12

是 是32 65

PTVS12VZ1USK 是 即将

PTVS15VZ1USK 15 是 即将 40 44

PTVS18VZ1USK 18 是 即将 43 40

PTVS26VZ1USK 26 是 即将 60 25

PTVS12VZ1USKN

PTVS5V0Z1USKN

公开使用27

快速充电使用的标准产品

公开使用28

手机充电器 – 发展史

• 许多手机都只有一个连接器，既充当充电线，又充当USB数据线

• USB 2.0主机端口的处理能力为500mA（最大值）@VBUS=5V（最大值）充电限值 = 2.5 W

−USB连接器和线缆电流限制为1 A左右

−面向低功率器件，如键盘、鼠标、摄像头、闪存记忆棒

−适合手机锂电池慢速充电

.

PC USB 2.0

500mA、5V

AC适配器5V @ <0.5A

移动设备基于2.5 W的可用充电功率

公开使用29

• 最近的发展趋势包括更大的显示屏、更多的功能（GPS、摄像头等）、更高的电池容量和更强的处理能力 – 快速充电必不可少

• USB-PD包括升压（<20V）和升流（<5A），可输出100 W

• 快速充电适配器采用专有的连接器/线缆（典型值<3A），并且/或者使用升压（典型值<20V）技术，以最大限度地提高输电能力

USB供电10W 2A @5V

18W 1.5A @12V

36W 3A @12V

快速充电AC适配器

5V、9V、12V、20VDC

2.5A

更大的LCD

显示屏最大的电池

更多的功能，如GPS、摄像头

-

需要更快的充电

快速充电 – 必要性

公开使用30

• 锂电池可以快速（快3至4倍）充至满电量的75%

• 复杂的电池监控机制测量电池的温度、电压和电流

• 智能通信确定支持哪个等级的快速充电方案

• 如果发生故障，额外的安全机制（Mosfet保护开关）会切断电流

USB供电10W 2A @5V

18W 1.5A @12V

36W 3A @12V

快速充电AC适配器

5V、9V、12V、20VDC

2.5A-5A

更大的LCD

显示屏最大的电池

更多的功能，如GPS、摄像头

-

需要更快的充电

快速充电 – 工作原理

公开使用31

• 供电设备含有一个MOSFET，后者可在检测到故障条件下安全地断开电源

• 手机含有一个安全MOSFET，可在发生故障条件时断开连接到电池的电源

通信机制确认线缆、手机和适配器是否支持快速充电

如果电压/电流/温度无问题，则…

启用快速充电，直到充满~75%的电容为止

如果在充电器/线缆/电池中检测到故障，安全MOSFET会阻断充电

USB_PD适配器10W 2A @5V

18W 1.5A @12V

36W 3A @12V

快速充电 – 基本操作

公开使用32

快速充电手机AC-DC快速充电适配器

AC-DC

返驰或LLC

固定/可变输出电压

MCU监控适配器过载故障检测

MCU监控器件过载故障检测信令机制确认……线缆、

手机和适配器支持快速充电并且

电池电压、电流和温度均符合要求

然后启动快速充电

快速充电 – 框图

公开使用33

快速充电手机AC-DC快速充电适配器

AC-DC

返驰或LLC

可变输出电压

MCU监控适配器过载故障检测

MCU监控器件过载故障检测

SR MOSFET

5V输出-典型60V MOSFET

12V输出-典型80V MOSFET

20V输出-典型100V MOSFET

通信机制确认，线缆、手机和适配器支持快速充电并且电池电压、电流和温度

符合要求，然后启动快速充电

快速充电 – MOSFET用来保证安全和提高效率

公开使用34

推荐应用• 同步整流器• LLC和返驰拓扑结构• USB-PD和快速充电适配器（输出电压为5V）

特性和优势• 低RDS(on)

• 逻辑级门• Vgs=5V条件下测得100% RDS(on)

• 100%雪崩测得/额定值• 低Qrr

• 强大的体二极管（经CDSOA测试）• Tj（最大值）=175 ºC

• 可波峰焊接的LFPAK56封装

MOSFET类型 最大RDSon mΩ 电压 封装

PSMN1R0-40YLD 1.1mΩ

40v

LFPAK56

PSMN1R4-40YLD 1.4mΩ

PSMN1R6-40YLC 1.6mΩ

PSMN1R8-40YLC 1.8mΩ

PSMN4R1-60YL 4.1mΩ

60V

PSMN5R2-60YL 5.2mΩ

PSMN5R6-60YL 5.6mΩ

PSMN7R5-60YL 7.5mΩ

PSMN013-60YL 13mΩ

PSMN8R5-80YL 8.5mΩ

80VPSMN011-80YL 11mΩ

PSMN014-80YL 14mΩ

PSMN025-80YL 25mΩ

PSMN012-100YL 12mΩ

100VPSMN015-100YL 15mΩ

PSMN019-100YL 19mΩ

PSMN021-100YL 21mΩ

PSMN011-60ML 11mΩ 60V LFPAK33

面向快速充电和USB-PD AC-AC适配器的恩智浦逻辑级MOSFECT

公开使用35

模块 功能 系列 型号 规格 备注

DCDC 肖特基整流器 MEGA肖特基整流器

PMEG6045ETP

PMEG4050ETP

PMEG60V100EPD

PMEG100V080ELPD

PNxxER

40–100 V

SOD128

CFP15

SOD123W

多用于多输出电压器件的DCDC转换

MOSFET驱动器 N-沟道、逻辑级 BUK9Y8R7-60E

PSMN1R4-40YLD

PSMN015-100YL

BUK9Y15-60E

60V、-100V

1.15-8.7 mOhm

（LFPAK）

同步拓扑结构

信号LED驱动等 通用开关 ssMOS

ss晶体管PMXBxxUNE

BC8x7、PMBT390x

DFN1010

SOT323

更小的封装，更强的性能

通用开关 开关二极管 BAS16

BAS316

<100V，2和3

引脚SMD

5/适配器

电压线路保护 电压钳位 齐纳二极管 BZX384

BZT52H

2引脚SMD *) 500mW Ptot，MiniMelf/SOD80C的替代产品6/适配器

线性电压调节、MOSFET驱动器

双极性开关 高Ptot晶体管 PHPT61002xYC 100V、2A、LFPAK

最高3W Ptot

高hFE

在充电器和移动电源领域的分立产品

公开使用36

NFC解决方案中使用的分立器件

公开使用37

NFC天线ESD保护的动因

• NFC（近场通信）是许多新型中高端智能手机中的一个标准接口，用于：

−非接触式支付

−公交票务

−以非接触方式轻松传输数据

• NFC天线通常与电池盖融为一体，或集成在电池中，并通过手机上的小触点连接NFC IC。

• 这些触点是ESD冲击的绝佳入口点，对NFC IC具有潜在的破坏性。

• 因此，强烈建议采用外部ESD保护。

公开使用38

• 主要特性

−双向ESD保护器件

−反向平衡电压：VRWM=18 V或24V

−0.3 pF的超低线路电容

−整个偏置电压范围内的电容变化降至最低水平适用于NFC天线端子

−0201”和0402”的超小尺寸，可节省PCB占用面积

• ESD可靠性高达10 kV（IEC61000-4-2）

• 产品组合

NFC天线ESD保护

封装选项

DFN1006-2

1.0 x 0.6 x 0.48 mm

DSN0603-2

0.6 x 0.3 x 0.3 mm

型号 VRWM CD典型值/最大值 VESD 封装

PESD18VF1BL 18 V 0.35/0.5pF 10kV DFN1006-2

PESD18VF1BSF 18 V 0.3/0.45pF 10kV DSN0603-2

PESD24VF1BL 24 V 0.35/0.5pF 10kV DFN1006-2

PESD24VF1BSF 24 V 0.3/0.45pF 10kV DSN0603-2

电容变化小

公开使用39

应用原理图

• 直接在天线处进行保护

• 天线电压需持续低于V峰值<18V(24V)

• 经证明，支持PN547

公开使用40

ESD可靠性测试 – 结果

无ESD保护时，在几次放电之后，漏电压显著增加。原因：电容受损ESD保护设计，泄漏或击穿电压无变化

有ESD保护 无ESD保护

公开使用41

ESD钳位 – 结果

有ESD保护时，钳位电压减少75%以上

有ESD保护无ESD保护

公开使用42

NFC天线ESD测试结果 – 结论

• PESD18VF1BL/BSF可在最高12kV的触点放电电压条件下有效保护NFC天线电路

• 在ESD保护应用中，PN547天线引脚处的ESD钳位电压减少了75%

• 无ESD保护条件下，当放电电压超过10kV时，电容内部可见火花

• 受损电容有明显的裂缝，并且漏电流显著增加

强烈建议采用天线ESD保护

公开使用43

选型指南

43 选型指南

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