03

2021

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USB接口静电防护器件选型要点

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  USB Type-C,是伴随着USB3.1标准所一起问世的,就是USB3.1下的一种接口型号。作为最新的USB规范,USB3.1这项由英特尔等大公司所发起的规范将数据传输速度提升至10Gbps,新技术还使用了一个更高效的数据编码系统,并提供有效数据吞吐率,完全向下兼容现有的USB连接器和线缆,它同时兼容现有的USB3.0软件堆栈和设备协议、5Gbps的集线器与设备、USB 2.0产品。一起以USB Type-C的接口防护为切入点看USB接口静电防护方案设计及静电防护器件选型要点。
  USB Type-C 接口的全部关键特性集成到一个仅 1.2 mm x 1.2 mm 的超小型 WLCSP 封装中。由于具有体积小巧、待机功耗极低的特点,该解决方案非常适合具有新型 USB 接口特性的下一波移动产品、软件狗、旅行适配器、PC、配件和可穿戴设备。
  Type-C需要注意的问题点:
  1、高达10Gbps的传输速度必然导致端口的EMI辐射超标严重;
  2、Type-C电压范围广、功率大、速度快特征对端口防护器件有了更高要求;
  USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能,因此其静电防护的等级必然要高,而具备反应速度快、电容值低、体积小、封装多样化,节省了占板空间(能满足不同产品应用)、漏电流低,延长了电池寿命、电压值低等优势的静电防护器件ESD静电二极管自然就成为了USB接口的静电防护首选。
  从产品应用来看,几乎所有的USB接口都会应用到静电元件,FAE工程师最基本的是要掌握电子产品的防护需求、电路保护器件工作原理以及选型要点等。电路保护器件的选型其实并不麻烦,了解产品的防护需求、防护等级就能知道是要选择放电管、TVS二极管、压敏电阻还是PTC自恢复保险丝、ESD静电二极管,之后在遵循各个电路保护器件的选型原则以及工作电压、电流等因素确定最终的型号即可。
  静电保护元件的产品选型最终还是要根据各个客户的具体需求选择适合的ESD型号。在为客户选型和提供产品方案的时候,一定要切记,遵循以下两个原则:
  1.Vdrw≥电路上的工作电压
  2.根据应用端口,防护等级选择贴片压敏或者是二极管,根据传输频率选择电容值,频率越高,器件的容值就要越低,容值太大容易造成信号丢包,因此,一定要根据自身需求选择最适合的ESD。
  要用在USB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,这样才能够确保数据传输不丢包,不影响USB接口的传输速率;
  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。

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