面向USB3.0的新型ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

1996年，家喻戶曉的通用串行接口(USB1.0)初次問(wèn)世，它可以支持低速(LS)模式和全速(FS)模式，分別提供1.5Mbps和12Mbps的速率。2000年，USB2.0面市，其新的高速(HS)模式可提供高達(dá)480Mbps的速率，并且依然向下兼容低速模式和全速模式。

目前，USB2.0是最普遍的通用外部數(shù)據(jù)接口之一，且事實(shí)上已成為便攜式電腦、上網(wǎng)本和臺(tái)式機(jī)等所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)配接口。此外，諸如便攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、電子游戲機(jī)、DVD藍(lán)光播放器和電視機(jī)，以及手機(jī)和DSL/路由器等消費(fèi)電子產(chǎn)品，也廣泛采用USB2.0接口。

2008年，30億個(gè)帶USB2.0接口的新電子設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)。預(yù)計(jì)2013年將有超過(guò)40億個(gè)具備USB接口的新電子設(shè)備上市。隨著超高速應(yīng)用的發(fā)展，對(duì)具有更高數(shù)據(jù)率的外部接口的需求與日俱增，例如將外部硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器連接至計(jì)算機(jī)。

在市場(chǎng)上，有些系統(tǒng)可提供比USB2.0高速模式480Mbps高得多的數(shù)據(jù)率。例如，千兆以太網(wǎng)的速度是其3倍左右，外部串行 ATA(eSATA)則可提供3Gbps的數(shù)據(jù)率(約6倍)。但所有這些系統(tǒng)均不向下兼容USB2.0接口，因?yàn)樗鼈儾捎玫氖遣煌南到y(tǒng)方法。

USB3.0系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

2008年11月，USB3.0規(guī)范發(fā)布。USB3.0不僅包含USB2.0的全部功能(HS、FS和LS)，而且可提供名為超高速 (SuperSpeed)的單獨(dú)的全新超高速數(shù)據(jù)鏈路。超高速鏈路為下載(從主機(jī)到設(shè)備，被稱為發(fā)送方向)和上傳(從設(shè)備到主機(jī)，被稱為接收方向)提供了單獨(dú)的差分?jǐn)?shù)據(jù)線路。超高速模式可提供的最高數(shù)據(jù)率為5Gbps(圖1)。

USB3.0物理鏈路在主機(jī)側(cè)和設(shè)備側(cè)帶有ESD防護(hù)

圖 1：USB3.0物理鏈路在主機(jī)側(cè)和設(shè)備側(cè)帶有ESD防護(hù)。

為同時(shí)支持USB2.0功能和新的超高速模式，電纜必須采用新的結(jié)構(gòu)，以提供三條差分耦合信號(hào)線(TX+/Tx-、RX+/Rx-和D+/D-)。此外，USB3.0電纜還必須具備Vcc線和GND線。這種低成本的USB3.0電纜所面臨的挑戰(zhàn)，是需支持很高的截止頻率且不會(huì)在相鄰的差分耦合線對(duì)之間形成干擾(圖2a)。

USB3.0電纜結(jié)構(gòu)

圖 2a：USB3.0電纜結(jié)構(gòu)。

為支持USB3.0電纜所包含的全部線路，必須強(qiáng)制規(guī)定采用一種新的連接器形狀。新的USB3.0連接器的基本要求，是必須向下兼容USB2.0連接器。從ESD的角度看，這導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)A連接器的超高速線路很容易發(fā)生ESD沖擊(在主機(jī)側(cè)和設(shè)備側(cè))。一種強(qiáng)有力的對(duì)策是在USB3.0鏈路中實(shí)現(xiàn)有效的ESD防護(hù)機(jī)制。