USB3.0靜電放電防護的最佳解決方案

為實現(xiàn)十倍于USB2.0的傳輸速度，USB 3.0控制晶片必須使用更先進的制程來設計與制造，但這也造成USB 3.0的控制晶片對ESD的耐受能力快速下降。除此之外，USB 3.0會被大量用來傳輸影音資料，對資料傳輸容錯率會有越嚴格的要求，使得使用額外的保護元件來防止ESD事件對資料傳輸?shù)母蓴_變得很必要。除了傳輸速度的要求之外，另一個使用者最普遍的USB應用就是隨插即用、隨拔即關。然而這個熱插拔動作卻也經(jīng)常是造成電子系統(tǒng)工作異常、甚至造成USB連接埠元件毀壞的元兇，因為如靜電放電(ESD)等暫態(tài)雜訊就是來自這個熱插拔動作。

　　要用在USB3.0連接埠的ESD防護元件必須同時符合下面三項要求：

　　第一、ESD防護元件本身的寄生電容必須要小，為不影響USB3.0 4.8Gbps的傳輸速率，其寄生電容必須小于0.3pF。

　　第二、防護元件對ESD的耐受能力必須要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的轟擊。

　　第三、也是最重要的一項要求，防護元件在ESD事件發(fā)生期間所提供的箝制電壓必須要夠低，不能造成傳輸資料的損壞。

　　以上三項要求缺一不可，缺少了任何一個要項，USB3.0連接埠就無法被完善地保護。然而要同時符合以上三項要求的ESD防護元件，其本身的設計難度就相當高。

　　晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術，特別針對USB3.0的防護需求，推出AZ1065系列的ESD防護元件。為避免防護元件的寄生電容影響USB3.0 4.8Gbps差動(Differential)訊號的高速傳輸，AZ1065的寄生電容已低于0.3pF。在極低的電容特性下，任一接腳在室溫時仍皆可承受IEC 61000-4-2接觸模式10kV ESD的轟擊。最重要是，以相同寄生電容來比較，AZ1065擁有最低的ESD箝制電壓，可有效防止資料傳輸時被ESD事件所干擾，才能讓擁有USB 3.0連接埠的電子系統(tǒng)有機會通過Class-A的IEC 61000-4-2系統(tǒng)級靜電放電保護測試。利用傳輸線脈沖系統(tǒng)(TLP)測量AZ1065后，可以觀察到如圖一的ESD箝制電壓特性。在IEC 61000-4-2接觸模式6kV的ESD沖擊下(TLP電流等效約為17A)，箝制電壓僅有13.4V，將得以有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品于靜電測試時發(fā)生資料錯誤、當機甚至損壞的情況。

　　附圖一 AZ1065-06F的ESD箝制電壓測試曲線

　　在電子產(chǎn)品的USB3.0應用中，AZ1065-06F將是靜電放電防護的最佳解決方案。圖二所示即為裝有ESD防護元件AZ1065-06F的USB3.0連接埠順利通過5Gbps的Eye Diagram測試結果。

　　附圖二 AZ1065-06F 5Gbps的Eye Diagram測試結果

　　在電子產(chǎn)品朝向輕薄短小的發(fā)展趨勢下，產(chǎn)品的印刷電路板(PCB)也隨之越來越小，但在產(chǎn)品功能強大的要求之下，線路也變得更加復雜，因此PCB的面積已變得寸土寸金，造成產(chǎn)品設計時相當大的困擾。AZ1065系列產(chǎn)品提供六個極低電容的接腳，可同時保護USB3.0的兩組差動對(TX and RX)及USB2.0的差動對(D+ and D-)，具有縮小PCB面積與降低布局(Layout)復雜度等優(yōu)點，可節(jié)省系統(tǒng)成本。更特別的是AZ1065-06F首先采用交錯型式的接腳，以提供PCB Layout時可利用穿透式(Feedthrough)的設計，圖三即為AZ1065-06F的接線方式。此種首創(chuàng)的元件接腳方式將可免除繞線時的諸多困擾，不但對縮短產(chǎn)品設計階段的PCB Layout工作有相當大的幫助，同時差動訊號線的Layout也將更為對稱，減少訊號傳輸錯誤的機會。

　　附圖三 以AZ1065-06F作為USB3.0 ESD防護，線路可利用穿透式Layout達成