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USB3.0静电放电防护设计解决方案

文章来源: 作者: 发布时间:2014年04月14日 点击数:

在今年计算机硬件的热门话题中,USB3.0绝对是最受瞩目的。自从公元2000年USB2.0释出后,这项应用已深植各项电子产品中,在各式各样的端口规格中, USB应可算是使用最广泛的了。USB3.0的数据传输速率比现有的USB2.0快上十倍,刚好迎合日益大增的高画质、大容量储存需求。无论是外接式硬盘、随身碟、相机记忆卡均可大幅缩减储存的时间。除了在计算机上的应用之外,手机与相机的传输也几乎都是使用USB规格,甚至许多产品更直接把充电端与USB结合,难怪各界皆如此期待USB3.0的广泛使用,好让用户享受4.8Gbps的传输快感。USB3.0接口分成主机(Host)端与装置(Device)端,必须先有Host端的支持,周边的Device端才能搭配;而芯片大厂英特尔及超威自2010年起亦已开始研发将支持USB3.0为南桥规格,加上微软Windows 7也确定研发支持USB3.0的drivers,预估USB 3.0取代USB2.0已是既定趋势。

  为实现十倍于USB2.0的传输速度,USB 3.0控制芯片必须使用更先进的制程来设计与制造,但这也造成USB 3.0的控制芯片对ESD的耐受能力快速下降。除此之外,USB 3.0会被大量用来传输影音数据,对数据传输容错率会有越严格的要求,使得使用额外的保护组件来防止ESD事件对数据传输的干扰变得很必要。除了传输速度的要求之外,另一个用户最普遍的USB应用就是即插即用、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。

  要用在USB3.0端口的ESD防护组件必须同时符合下面三项要求:

  第一、ESD防护组件本身的寄生电容必须要小,为不影响USB3.0 4.8Gbps的传输速率,其寄生电容必须小于0.3pF。

  第二、防护组件对ESD的耐受能力必须要高,最少要能承受IEC 61000-4-2接触模式8kV ESD的轰击。

  第三、也是最重要的一项要求,防护组件在ESD事件发生期间所提供的箝制电压必须要够低,不能造成传输数据的损坏。

  以上三项要求缺一不可,缺少了任何一个要项,USB3.0端口就无法被完善地保护。然而要同时符合以上三项要求的ESD防护组件,其本身的设计难度就相当高。

  深华颖科技拥有先进的ESD防护设计技术,特别针对USB3.0的防护需求,推出低容值系列的ESD防护组件。为避免防护组件的寄生电容影响USB3.0 4.8Gbps差动(Differential)讯号的高速传输,ESD/NLP的寄生电容为0.15pF。在极低的电容特性下,任一接脚在室温时仍皆可承受IEC 61000-4-2接触模式10kV ESD的轰击。最重要是,以相同寄生电容来比较,ESD/NLP拥有最低的ESD箝制电压,可有效防止数据传输时被ESD事件所干扰,才能让拥有USB 3.0端口的电子系统有机会通过Class-A的IEC 61000-4-2系统级静电放电保护测试。