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      適合USB4的EMC靜電、浪涌保護設計

      來源: 時間:2022-04-19 10:46:49 瀏覽次數:

      近年來各品牌電腦、手機都邁入搭載USB-C接口行列。這對于廠商和用戶來說無疑都是一大好消息!據了解,USB4協議將基于Thunderbolt 3協議進行開發,這將使得USB-C接口的兼容性大大增加。從USB4的標準來看,統治長達幾十年的Type-A可能正在走向消失,雖然USB4來的可能沒有那么快,但預計未來5年內會登陸PC,屆時更為方便的Type-C將會廣泛出現在產品上,Type-A也就慢慢消失了實際上,從傳輸速率上看這次USB4 會非常符合未來5G的需求。眾所周知,5G將會在傳輸、運營商業務等方面有巨大的進步,這次的USB4 顯然將會非常契合5G網絡,USB4控制器必須采用先進的半導體制造技術來制造。但是,這也導致ESD容忍度大大降低。

      什么是USB4?

      USB4內置于USB Type-C的物理接口中。除了將最大數據速率提高到40 Gbit / s,USB-C PD還能以高達100W的功率對設備快速充電。在不久的將來,USB Type-C將迅速成為大多數消費電子產品(如臺式機,筆記本電腦,平板電腦和智能手機)的主流接口。

      USB4總受靜電干擾

      與傳統的USB一樣,USB4端口也是可見的,用戶可以自由地將設備連接到系統或從系統斷開連接。最常見的應用是即插即用。但是,熱插拔操作通常是導致電子系統崩潰的原因,甚至會導致USB Type-C控制器損壞,因為此類事件可能會導致意外的噪聲瞬變,例如ESD。在熱插拔中,帶電信號線作為接口端口處的帶電電線在與系統接觸時會放電。由熱插拔觸發的這種放電(通常稱為“直接放電”)與靜電放電相同,會嚴重損壞系統。在系統級ESD測試中,

      在系統級ESD測試方面,一些品牌制造商甚至指定安裝在其產品上的USB Type-C連接器應通過Direct-Pin Injection測試,以通過除IEC 61000-4-2標準以外的±8kV接觸放電的ESD沖擊。。因此,絕對有必要在USB Type-C接口上使用ESD保護,以防止ESD引起的數據傳輸干擾。

       

      電子產品已迅速到達世界各個角落。但是,許多地區的基礎設施薄弱和極端天氣事件增加了EOS(電應力過大)電涌對電子設備造成損害的可能性,從而導致報告收益顯著增加。IEC 61000-4-5已被用作國際測試標準,以模擬由電源干擾,電源線上的噪聲或熱插拔引起的EOS事件,電壓波形為1.2/50μs,電流波形為8/20μs。除了將直接放電作為內部ESD測試方法之外,一些品牌制造商還包括用于EOS浪涌測試的方法。

      對于USB4等高速接口,選擇ESD / EOS保護組件時需要考慮以下幾點:

      1.為了確保通過USB4傳遞高速信號完整性,選擇該器件時需要使用具有較低寄生電容的ESD保護組件。推薦使用低于0.2pF的寄生電容。

       

      2.選擇一種具有高ESD耐電壓能力的保護組件,至少要承受IEC 61000-4-2中規定的8kV接觸放電的ESD沖擊。

       

      3. ESD鉗位電壓是必不可少的參數。較低的鉗位電壓表示更好的保護性能。這意味著將ESD能量鉗位到較低的電壓,以防止干擾或損壞系統的內部電路。這使得鉗位電壓成為限定ESD保護組件效率的最重要參數。

       

      4. USB PD的充電技術支持5V,9V,15V和20V四個電壓等級。但是,頻繁的熱插拔到電源很容易引起ESD / EOS靜電浪涌事件,因此有必要針對外部浪涌優化ESD / EOS保護解決方案。

      適合USB4的ESD器件

      雷卯電子根據客戶需求,研發ESD推出型號ULC0511CDN,尤其是USB4。為了避免寄生電容限制差分信號在USB4上的傳輸,ULC0511CDN的寄生電容低于0.2pF,從而成功通過了40 Gbit / s的眼圖測試。最好的部分是ULC0511CDN具有極低的ESD鉗位電壓,能夠在直接引腳注入測試中有效地協助USB4接口承受±8kV ESD沖擊(接觸放電)。通過TLP測量的ULC0511CDN的電流-電壓曲線表明,在IEC 61000-4-2中規定的8kV接觸放電的ESD沖擊下,鉗位電壓很低(等效的TLP電流約為16A),可以有效避免數據錯誤,

       

      隨著更輕,更薄,更小的電子產品的發展趨勢,印刷電路板(PCB)也不斷縮小。在功能強大的要求下,在小型PCB上的電路布局變得更加復雜和困難,并增加了產品設計挑戰。帶有超小封裝DFN1006的ULC0511CDN的尺寸僅為1.0mm x 0.6mm,主要用于保護USB4上的4個差分對(TX和RX)。此外,使用單個ULC3344P8能夠保護其余的信號線(D + / D- / CC / SBU)。特別是,ULC3344P8的引腳配置為交錯排列,以便于PCB布局上的穿通設計,從而避免布線困難。它不僅可以加快設計階段的PCB布局設計流程,而且最小化PCB尺寸以降低系統成本。該接口還提供快速充電。工程師可能只需要在電源端口上從SD0571P6W,SMDA05CCN中選擇合適的EOS組件作為保護即可完美保護接口免受ESD / EOS事件的影響。

       

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