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硕凯方案:USB3.0端口的ESD防护方案

2020-08-19

为什么要对USB3.0端口进行ESD防护设计?


在各式各样的端口规格中,USB应该是使用最广泛的一种应用。其中,USB3.0端口因其具备的高速传输速率的优点而更受有高画质、大容量存储需求的电子产品的欢迎。 USB3.0有十倍于USB2.0的传输速率,这是因为它使用了更先进的制程来设计与制造,但这也意味着USB3.0的控制芯片对ESD的耐受能力快速下降。由于USB3.0常被用来传输大容量的影音数据,它对防止数据丢包的要求更高。除此之外,USB端口都具有即插即用、随拔即关。然而这个热插入动作却也经常是造成电子系统工作异常、甚至造成USB端口组件毁坏的元凶,因为如静电放电(ESD)等瞬时噪声就是来自这个热插入动作,而USB3.0芯片集成度高,很脆弱,易受静电损坏。因此对USB3.0端口进行ESD防护设计非常重要。


那么,USB3.0端口ESD静电防护器件要怎么选?


需同时满足以下几种条件:


一、较低的结电容,以保证不会影响USB3.0端口的传输速率。


二、ESD器件的耐受能力高,能够承受IEC 61000-4-2接触模式8kV ESD的冲击。


三、反应迅速,将电压钳位在一个合理的范围,使数据传输过程中不会发生丢包现象。


防护方案与硕凯器件


硕凯电子拥有丰富的ESD防护经验,针对USB3.0静电防护设计了以下电路图,在这个方案中主要应用到的两种不同型号的TVS管保护器件:



11a.png


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


在这个方案中,我们在USB3.0的电源线,数据线共使用了2颗TVS对地做防护,来做静电电压钳位。这两款TVS管的结电容均较小,满足USB3.0的高速传输。 TVS管的反应时间为ns级别,残压低。同时小封装的TVS管也满足USB芯片集成度高的特点,占用PCB板小。


硕凯方案应用场合:


硕凯电子拥有十余载的电路保护技术,配备设备齐全的EMC实验室,所设计的USB3.0端口ESD防护方案可靠性经过真实工作环境的模拟与大量的数据验证,能够应用在各种场合,如:


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