【導(dǎo)讀】USB3.0具有高達(dá)5Gbps的資料傳輸速度，但其控制晶片對(duì)ESD的耐受能力也快速下降，加上最普遍的USB熱插拔動(dòng)作，也極易造成電子系統(tǒng)工作異常，甚至造成USB控制晶片毀壞，因此，使用額外的ESD保護(hù)元件于USB3.0介面來(lái)防止ESD事件對(duì)資料傳輸?shù)母蓴_是絕對(duì)必要的。
隨著晶片大廠英特爾2012年推出Ivy Bridge新平臺(tái)，晶片組支援USB3.0，確認(rèn)USB3.0成為主流規(guī)格，預(yù)計(jì)在新的作業(yè)系統(tǒng)Win 8發(fā)酵下，將促成USB3.0快速地普及化。USB3.0的資料傳輸速度達(dá)到5Gbps，比USB2.0快上十倍。為實(shí)現(xiàn)如此高速的傳輸速度，USB3.0控制晶片必須使用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程技術(shù)，所使用的元件閘極氧化層很薄且接面很淺，造成USB3.0的控制晶片對(duì)ESD的耐受能力快速下降。
另一個(gè)問(wèn)題在于使用者最普遍的USB應(yīng)用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個(gè)熱插拔(Hot Plug)動(dòng)作卻也經(jīng)常是造成電子系統(tǒng)工作異常，甚至造成USB控制晶片毀壞的元兇。因?yàn)樵跓岵灏沃?，由于接口端的訊?hào)線已經(jīng)帶電，本身就像是個(gè)帶電的大電容會(huì)在接觸系統(tǒng)時(shí)作放電動(dòng)作。這種現(xiàn)象等同于靜電放電效應(yīng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，我們一般稱這種現(xiàn)象為直接放電(Direct Injection)。目前在系統(tǒng)的靜電放電測(cè)試上，越來(lái)越多的廠商要求以Direct-Pin Injection方式測(cè)試產(chǎn)品，以此來(lái)模擬系統(tǒng)在用戶端使用時(shí)遭受到ESD事件的狀況。部份系統(tǒng)廠商甚至規(guī)范其產(chǎn)品的USB3.0連接埠以Direct-Pin Injection方式測(cè)試必須通過(guò)±8kV的ESD轟擊，并且系統(tǒng)必須在不受任何影響之下通過(guò)測(cè)試。因此，使用額外的ESD保護(hù)元件于USB3.0介面來(lái)防止ESD事件對(duì)資料傳輸?shù)母蓴_是絕對(duì)需要的。
對(duì)于USB3.0的高速介面而言，在選擇ESD保護(hù)元件時(shí)必須考慮到：
1.ESD保護(hù)元件若要能對(duì)系統(tǒng)提供有效保護(hù)，除了本身要能承受夠高的ESD轟擊外，還需要考慮箝制電壓(Clamping Voltage)是否足夠低，使得ESD的能量能被箝制在更低的電壓以防止系統(tǒng)內(nèi)部電路受到損毀。因此箝制電壓是判斷ESD保護(hù)元件對(duì)于系統(tǒng)電路保護(hù)效能最重要的參數(shù)。
2.為確保USB3.0高速訊號(hào)傳輸時(shí)不會(huì)受到影響以及訊號(hào)的完整性，所以選擇ESD保護(hù)元件時(shí)，必須選擇其寄生電容越低越好，建議選擇寄生電容必須低于0.3pF。
3.在電子產(chǎn)品朝向輕薄短小的發(fā)展趨勢(shì)下，產(chǎn)品使用的印刷電路板面積已變得寸土寸金。針對(duì)USB3.0介面，使用單顆多通道的ESD保護(hù)元件為目前最經(jīng)濟(jì)有效的選擇。
圖1：使用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)量測(cè)AZ1065的電流對(duì)電壓曲線
晶焱科技的AZ1065系列的ESD保護(hù)元件，寄生電容低于0.3pF，能夠順利通過(guò)5Gbps的Eye Diagram測(cè)試。AZ1065系列產(chǎn)品擁有最低的ESD箝制電壓，能夠有效地協(xié)助USB3.0介面通過(guò)以Direct-Pin Injection方式的±8kV靜電放電轟擊。圖一為利用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)(TLP)量測(cè)AZ1065系列產(chǎn)品的電流對(duì)電壓曲線。在IEC 61000-4-2接觸模式6kV的ESD沖擊下(等效TLP電流約為17A)，箝制電壓僅有13V，能有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品于ESD測(cè)試時(shí)發(fā)生資料錯(cuò)誤、當(dāng)機(jī)甚至損壞的情況。
圖2：使用AZ1065作為USB3.0的ESD防護(hù)
此外，AZ1065系列產(chǎn)品提供了六個(gè)極低電容的接腳，可同時(shí)保護(hù)USB3.0的兩組差動(dòng)對(duì)(TX和RX)與USB 2.0的差動(dòng)對(duì)(D+和D-)，以及電源端VBUS的保護(hù)，具有縮小印刷電路板面積與降低布局(Layout)復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)省系統(tǒng)成本。更特別的是其DFN-10的封裝并且采用交錯(cuò)型式的接腳，提供印刷電路板布局時(shí)可利用穿透式(Feed through)的設(shè)計(jì)，如圖二所示。
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