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USB3.0静电防护方案

2020-08-13

随着芯片大厂英特尔2012年推出Ivy Bridge新平台,芯片组支持USB 3.0,确认USB 3.0成为主流规格,预计在新的操作系统Windows 8发酵下,将促成USB 3.0快速地普及化。 USB 3.0的数据传输速度达到5Gbps,比USB 2.0快上十倍。为实现如此高速的传输速度,USB 3.0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USB 3.0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)


针对USB3.0的这种ESD防护需求,硕凯电子工程师们设计了一种高性价比和可靠性的电路防护方案,能够有效解决USB3.0接口静电放电危害:



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图:USB3.0防护方案电路图解


瞬态抑制二极管(TVS)


TVS1【ULC3304P10】Vrwm:3.0V;Vb:4.0V;防静电能力(接触/空气):30KV/30KV;结电容


(f=1MHz):0.5pF;封装为DFN2510P10


TVS2【ESD05V14T-LC】Vrwm:5.0V;Vb:6.0V;防静电能力(接触/空气):8KV/15KV;结电容


(f=1MHz):1.2pF;封装为STO-143


三、方案应用


1、笔记本电脑、PAD、家用台式电脑、工业电脑


2、枪机设备


3、网络打印机


4、机顶盒


5、移动手持设备


6、电视


7、车载


8、其他含USB2.0端口设备


9、DVD刻录机


四、方案说明与注意事项


1、在USB3.0的电源线,数据线共用2颗TVS对地做防护,钳位静电电压


2、该TVS管的结电容小于0.8pF,满足USB3.0的高速传输


3、反应时间为ns级别,残压低


4、集成度高,占用PCB板小



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