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选择USB3.0的ESD组件的必要考虑因素

发布时间:2013-04-18 责任编辑:abbywang

【导读】对于USB3.0来说,数据传输速度的加快以及即插即用的热插拔动作,使得ESD防护更加重要。使用额外的ESD保护组件于USB3.0接口来防止ESD事件对数据传输的干扰是绝对需要的。而在选择ESD保护组件时也有必须要考虑的因素。


随着芯片大厂英特尔2012年推出Ivy Bridge新平台,芯片组支持USB3.0,确认USB3.0成为主流规格,预计在新的操作系统Win 8发酵下,将促成USB3.0快速地普及化。USB3.0的数据传输速度达到5Gbps,比USB2.0快上十倍。为实现如此高速的传输速度,USB3.0控制芯片必须使用最先进的半导体制程技术,所使用的组件闸极氧化层很薄且接面很浅,造成USB3.0的控制芯片对ESD的耐受能力快速下降。
 
另一个问题在于使用者最普遍的USB应用就是随插即用、随拔即关,然而这个热插拔(Hot Plug)动作却也经常是造成电子系统工作异常,甚至造成USB控制芯片毁坏的元凶。因为在热插拔中,由于接口端的讯号线已经带电,本身就像是个带电的大电容会在接触系统时作放电动作。这种现象等同于静电放电效应会对系统产生严重破坏,我们一般称这种现象为直接放电(Direct Injection)。目前在系统的静电放电测试上,越来越多的厂商要求以Direct-Pin Injection方式测试产品,以此来仿真系统在客户端使用时遭受到ESD事件的状况。部份系统厂商甚至规范其产品的USB3.0连接端口以Direct-Pin Injection方式测试必须通过±8kV的ESD轰击,并且系统必须在不受任何影响之下通过测试。因此,使用额外的ESD保护组件于USB3.0接口来防止ESD事件对数据传输的干扰是绝对需要的。

对于USB3.0的高速接口而言,在选择ESD保护组件时必须考虑到:

1. ESD保护组件若要能对系统提供有效保护,除了本身要能承受够高的ESD轰击外,还需要考虑箝制电压(Clamping Voltage)是否足够低,使得ESD的能量能被箝制在更低的电压以防止系统内部电路受到损毁。因此箝制电压是判断ESD保护组件对于系统电路保护效能最重要的参数。

2.为确保USB3.0高速讯号传输时不会受到影响以及讯号的完整性,所以选择ESD保护组件时,必须选择其寄生电容越低越好,建议选择寄生电容必须低于0.3pF。

3.在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下,产品使用的印刷电路板面积已变得寸土寸金。针对USB3.0接口,使用单颗多信道的ESD保护组件为目前最经济有效的选择。
   
晶焱科技拥有先进的ESD防护设计技术,特别针对USB3.0的防护需求,推出AZ1065系列的ESD保护组件。为避免保护组件的寄生电容影响USB3.0的高速传输,AZ1065系列产品的寄生电容低于0.3pF,能够顺利通过5Gbps的Eye Diagram测试。
 
最重要的,AZ1065系列产品拥有最低的ESD箝制电压,能够有效地协助USB3.0接口通过以Direct-Pin Injection方式的±8kV静电放电轰击。图一为利用传输线脉冲产生系统(TLP)量测AZ1065系列产品的电流对电压曲线。在IEC 61000-4-2接触模式6kV的ESD冲击下(等效TLP电流约为17A),箝制电压仅有13V,能有效避免系统产品于ESD测试时发生数据错误、当机甚至损坏的情况。
 
此外,AZ1065系列产品提供了六个极低电容的接脚,可同时保护USB3.0的两组差动对(TX和RX)与USB 2.0的差动对(D+和D-),以及电源端VBUS的保护,具有缩小印刷电路板面积与降低布局(Layout)复杂度等优点,可节省系统成本。更特别的是其DFN-10的封装并且采用交错型式的接脚,提供印刷电路板布局时可利用穿透式(Feed through)的设计,如图二所示。因此,AZ1065系列产品为目前USB3.0的最佳ESD解决方案。

图1:使用传输线脉冲产生系统量测AZ1065的电流对电压曲线
图1:使用传输线脉冲产生系统量测AZ1065的电流对电压曲线

图2:使用AZ1065作为USB3.0的ESD防护
图2:使用AZ1065作为USB3.0ESD防护

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