你的位置:首頁 > 互連技術(shù) > 正文

USB 3.0應(yīng)用的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)

發(fā)布時間:2011-10-10 來源:晶炎科技

中心議題:

  • USB3.0連接端口ESD保護(hù)組件的要素
  • USB 3.0 應(yīng)用ESD保護(hù)方案

解決方案:

  • 采用AZ1065的USB 3.0 應(yīng)用ESD保護(hù)方案


相關(guān)閱讀:
解析USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)
http://m.hunt-properties.com/art/artinfo/id/80011933
靜電放電保護(hù)時怎樣維持USB信號完整性
http://m.hunt-properties.com/art/artinfo/id/80014261
電池充電新方法——USB
http://m.hunt-properties.com/art/artinfo/id/80012553

USB是通用串行總線的簡稱,這是目前個人計(jì)算機(jī)與其它外部設(shè)備聯(lián)機(jī)使用最為廣泛的一種傳輸接口。該接口最初由英特爾與微軟公司倡導(dǎo)發(fā)起,其最大的特點(diǎn)是支持熱插拔和隨插即用,使用者不需要重新開機(jī)便可以直接安裝或加載硬件驅(qū)動程序,使用起來比PCI和ISA總線要方便很多。

USB 3.0接口分成主機(jī)(Host)端與設(shè)備(Device)端,必須先有主機(jī)端的支持,外圍的設(shè)備端才能搭配。從芯片大廠英特爾及AMD已開始推出支持USB 3.0的南橋芯片,微軟Windows 7也開始提供支持USB 3.0的驅(qū)動,以及最近市面上的計(jì)算機(jī)及外圍產(chǎn)品中已越來越多地標(biāo)榜具有USB 3.0功能,可知USB 3.0取代USB 2.0已是既定的趨勢。

USB 3.0的數(shù)據(jù)傳輸速率比USB 2.0快十倍,正好滿足日益增長的對高畫質(zhì)、大容量存儲的需求。無論是數(shù)字照片文檔、影片文件、電子郵件數(shù)據(jù)或其它重要數(shù)據(jù)的復(fù)制或備份,甚至是整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的備份,均可大幅縮減時間,提升工作效率。除了在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用之外,手機(jī)與相機(jī)也大都使用USB與計(jì)算機(jī)連接傳輸數(shù)據(jù),并利用USB進(jìn)行充電。

為實(shí)現(xiàn)十倍于USB 2.0的傳輸速度,必須使用更先進(jìn)的工藝來設(shè)計(jì)和制造USB 3.0控制芯片,這也造成USB 3.0的控制芯片對靜電放電(ESD)的耐受能力快速下降。此外,當(dāng)USB 3.0被廣泛用于傳輸影音數(shù)據(jù)時,對數(shù)據(jù)傳輸容錯率會有更嚴(yán)格的要求,使用額外的保護(hù)組件來防止ESD事件對數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_變得很有必要。除了傳輸速度的要求之外,USB另一個最重要的特點(diǎn)就是隨插即用、隨拔即關(guān)。但由于在USB傳輸線內(nèi)部經(jīng)常會累積靜電,造成在熱插拔動作下必然會有一些ESD現(xiàn)象發(fā)生,電子系統(tǒng)經(jīng)常因此而發(fā)生工作異常、甚至造成USB連接端口組件毀壞,像ESD等瞬時噪聲就是來自這個熱插拔動作。

USB3.0連接端口ESD保護(hù)組件的要素

ESD保護(hù)組件必須同時符合下面五項(xiàng)要求才適合用在USB3.0端口:

首先,ESD保護(hù)組件本身的寄生電容必須小于0.3pF,才不會影響USB3.0高達(dá)4.8Gbps的傳輸速率。其次,保護(hù)組件的ESD耐受能力必須夠高,至少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的攻擊。第三也是最重要的一項(xiàng)要求,在ESD事件發(fā)生期間保護(hù)組件必須提供夠低的箝制電壓,不能造成傳輸數(shù)據(jù)錯誤或遺漏,甚至造成系統(tǒng)產(chǎn)品內(nèi)部電路損壞。第四,保護(hù)組件動作后的導(dǎo)通阻值必須夠低,這樣,除了可以降低箝制電壓外,最大的優(yōu)點(diǎn)是可讓組件在遭受高能量ESD攻擊時仍能保持低箝制電壓,以避免出現(xiàn)保護(hù)組件未受損但系統(tǒng)內(nèi)部電路已無法正常工作甚至損壞的情況。第五,單個芯片即可解決USB 3.0連接端口中所有信號線/電源線的ESD保護(hù)需求,尤其是使用在Micro USB接口時,這將大大降低設(shè)計(jì)布局的復(fù)雜度。

以上五項(xiàng)基本要求缺一不可,若有任何一項(xiàng)無法滿足,則USB 3.0端口就無法被完善地保護(hù)。不過,同時符合以上五項(xiàng)要求的ESD保護(hù)組件其本身的設(shè)計(jì)難度相當(dāng)高,若非具有豐富經(jīng)驗(yàn)與扎實(shí)技術(shù)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將無法實(shí)現(xiàn)。

采用AZ1065的USB 3.0 應(yīng)用ESD保護(hù)方案

本文介紹的USB 3.0 應(yīng)用的ESD保護(hù)方案,采用的是晶焱科技針對USB 3.0的保護(hù)需求推出的AZ1065系列ESD保護(hù)組件。為了將保護(hù)組件的寄生電容對4.8Gbps差動(Differential)信號高速傳輸?shù)挠绊懡抵磷畹?,AZ1065的寄生電容低于0.3pF。在極嚴(yán)格的電容要求下,任一引腳在室溫時仍可承受IEC 61000-4-2接觸模式10kV ESD的攻擊。

最重要是,與相同的寄生電容相比,AZ1065擁有最低的ESD箝制電壓,可有效防止數(shù)據(jù)傳輸時被ESD事件干擾,這樣才能讓具有USB 3.0連接端口的電子系統(tǒng)得以通過Class-A的IEC 61000-4-2系統(tǒng)級靜電放電保護(hù)測試。利用傳輸線脈沖系統(tǒng)(TLP)測量AZ1065-06F后,可以觀察到如圖1所示的ESD箝制電壓特性。

[page]

在IEC 61000-4-2接觸模式6kV(TLP電流等效約為17A)的ESD攻擊下,箝制電壓僅有13.4V,足以有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品在靜電測試時發(fā)生數(shù)據(jù)錯誤、當(dāng)機(jī)甚至損壞的情況。圖2所示為裝有ESD保護(hù)組件AZ1065-06F的USB 3.0端口順利通過5Gbps的眼圖測試結(jié)果。

在電子產(chǎn)品日益小型化的發(fā)展趨勢下,產(chǎn)品的印刷電路板(PCB)面積也隨之越來越小,但對于更多功能的要求使得線路變得更加復(fù)雜,這些都對產(chǎn)品設(shè)計(jì)布局造成相當(dāng)大的困擾。

AZ1065系列產(chǎn)品提供了六個極低電容的引腳,可同時保護(hù)USB 3.0的兩組差動對(TX和RX)及USB 2.0的差動對(D+和D-),具有減小PCB面積和降低布局復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn),并可大幅節(jié)省系統(tǒng)成本。更特別的是,AZ1065-06F率先采用交錯型的引腳,以便PCB布局時可利用穿透式(Feedthrough)方式實(shí)現(xiàn)完美設(shè)計(jì),圖3顯示了AZ1065-06F的接線方式。

這種首創(chuàng)的組件接腳方式可免除繞線時的諸多困擾,不但對簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的PCB布局工作有相當(dāng)大的幫助,同時差動信號線的布局也將更為對稱,從而減少信號傳輸錯誤的機(jī)會。

要采購相機(jī)么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉