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USB3.0接口的ESD保护设计方案

为了实现更快传输速度,USB 3.0控制IC必须采用更先进的工艺来设计制造,但这也使得USB 3.0控制IC能够承受ESD侵袭的能力快速下降。此外,USB 3.0将被广泛用于传输视频和音频数据,数据传输容错率越严格,就有必要使用额外的保护元件,防止ESD事件对数据传输的干扰。

除了对传输速度的要求,另一个最流行的USB应用程序是即插即用。然而,这种热插入动作往往是导致电子系统运行异常甚至USB端口组件损坏的罪魁祸首,因为静电放电(ESD)等瞬时噪音就是由这种热插入动作产生的。

USB3.0端口使用的ESD保护组件必须同时满足以下三个要求:

首先,ESD保护元件的寄生电容必须小,为了不影响usb3.0  4.8gbps的传输速率,寄生电容必须小于0.3pf。

其次,保护元件的ESD电阻必须高,在iec61000 -4-2接触方式下至少能承受8kv ESD的冲击。

第三,最重要的要求是ESD发生时保护元件所提供的箝位电压必须足够低,以防止传输数据被损坏。

以上三个要求中有一个是必不可少的,如果其中一个没有达成的话,USB3.0端口无法得到完美的保护。但是为了满足ESD保护元件的上述三个要求,其自身的设计是非常困难的。

阿赛姆电子拥有先进的ESD保护设计技术,特别针对USB3.0保护要求,推出ESD5D003TA系列ESD保护元件。

为了避免寄生电容对usb3.0  4.8gbps差动信号高速传输的影响,ESD5D003TA的寄生电容小于0.3pf。在极低电容特性下,任何引脚仍能在室温下承受iec61000 -4-2接触方式的10kv ESD轰炸。

最重要的是,与相同寄生电容相比,ESD5D003TA具有最低的ESD箝位电压,能有效防止ESD事件干扰数据传输,使具有USB 3.0端口的电子系统有机会通过a类iec61000 -4-2系统级ESD保护测试。通过TLP测量ESD5D003TA,可以观察到ESD钳位电压特性如图1所示。在iec61000 -4-2接触方式(TLP电流当量约为17a)的6kV ESD脉冲下,夹紧电压仅为13.4v,可有效避免系统产品静态测试时数据错误、机器故障甚至损坏。

ESD5D003TA将是USB3.0电子产品ESD保护的最佳解决方案。图2显示带有ESD保护元件ESD5D003TA的USB3.0端口成功通过了5Gbps眼图测试结果。

随着电子产品的发展趋势,印刷电路板越来越小。但是在强大的产品功能的要求下,电路变得更加复杂。因此,PCB的面积已经变成了一英寸的土地,给产品设计带来了相当大的麻烦。Az1065系列产品提供6个极低电容引脚,可以同时保护USB3.0的两组差动对(TX和Rx)和USB2.0的两组差动对(D +和D -)。它的优点是减少了PCB面积,降低了布局的复杂性,节省了系统成本。