USB3.0接口保护ESD应用

上海雷卯电子 2021-09-03 2714

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USB3.0接口保护ESD应用

USB3.0特点

通用串行总线(USB)规范的3.0版本提供了比USB2.0在性能上的飞跃。将数据速率提高了10倍。它还将传输线扩展到3个差分对(与前2.0代中的1个相比)。USB于1996年推出1.0版。在低速度(LS)模式下1.5Mbit/sec，在全速度(FS)模式下12Mbit/秒。在2000年USB2.0进入市场。新的高速(HS)模式可达480Mbit/sec。它仍然向下兼容低速和全速模式。

目前,USB2.0是最广泛、最通用的外部数据接口之一。已成为所有计算机系统的默认标准接口。

USB2.0接口也广泛应用于消费电子产品。比如便携式摄像机、数码相机、数码音乐播放器、游戏机、DVD/蓝光播放器和电视等设备都使用USB。它也广泛应用于便携式设备，如智能手机和网络设备如DSL/路由器单元。

静电保护设计考虑

对于整个USB3.0链接，以下设计考虑应注意：

以下强制性的。

• 非微分耦合线必须最小化。它们对眼图有重要的影响。

• 90欧姆差别的线宽和线距:耦合的PCB道不应太窄，以避免额外的损失，并在制造时要足够坚固。差动道之间的线宽0.007"(0.178mm)和线距0.007"(0.178mm)是在生产时最佳的选择。

• 微分耦合连接(减少对斜)的正负线(包括USB3.0电缆)之间的相同延迟(线长)是需要的。这对于保持高信号完整性和避免共模反射是很重要的。

图1展示了USB3.0标准-A连接器部分与ESD保护器件相结合的布局图例

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上图中，采用雷卯的ULC0544P10保护保护SuperSpeed的TX和RX数据对。

SR05封装SOT-143保护USB2.0线对D+和D-，同时SR05内部有一个瞬态电压抑制器(TVS)保护VBUS。ULC0544P10有4条超低线接地，电容为0.3pF，保护USB高速信号完整性。

ESD的小型化需求

ESD保护器件的小型化带来了额外的问题。和较大的模具相比要更高的钳位和低的稳健性。雷卯电子的新芯片设计缓解了这一问题。根据IEC61000-4-2，ULC0544P10箝位8kV接触放电，是一个很低的6V的钳位电压在30nSec点测量。如图2所示。对于-8KVESD放电钳位通常是一个二极管压降(1.2V)接地。单向二极管直接传导到地。

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图2：+8kV接触放电IEC61000-4-2。

眼图

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图3：USB3.0的眼图(ULC0544P10)。

由上面眼图可知，线路电容对眼罩的影响很小。超高速数据传输系统存在严重的设计障碍。设计必须确保接收机一定程度的信号完整性。高信号完整性对实现低误码率是很重要的(例对于USB3.0Superspeed，1E-12的误码率是典型的)。信号完整性其特点如上述眼图。

在一个不受带宽限制的完美系统中，眼图将是完全开放的。在实际系统中，信号上升时间/下降时间受到TX和RX阻抗(90欧姆差分)的限制)。这与TX侧和RX侧的所有寄生电容相结合。这些寄生电容在USB3.0收发器内，和/或在PCB外部。外部可能是由不匹配的PCB线、USB3.0连接器或其他并联电容器引起的。并联电容器的数值应尽可能小。USB3.0电缆的低通频率响应也必须考虑在内。为了补偿频率的衰减，信号通过TX和RX的专用均衡来调谐。

规格书

以下是ULC0544P10的规格书部分内容，可以看到低钳位的特性。

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原文标题：USB3.0接口保护ESD应用

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