方案簡介

USB是一種通用的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，定義了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和電源供應(yīng)規(guī)范，用于連接計算機(jī)與外部設(shè)備。USB接口的設(shè)計初衷是為了簡化計算機(jī)與外部設(shè)備之間的連接，通過一個統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)來替代以往計算機(jī)上眾多的串行和并行接口。目前SELC143T5V2UC幾乎所有消費(fèi)類電子設(shè)備都配備了集成的USB接口，USB規(guī)范在二十年間不斷更新，已經(jīng)發(fā)展為USB1.1、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2、USB4.0。盡管后續(xù)版本的USB規(guī)范滿足了更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高功率傳輸水平的需求，USB 2.0在眾多電子設(shè)備中仍然非常受歡迎，如通用遙控器、安全面板、打印機(jī)、相機(jī)、揚(yáng)聲器、醫(yī)療設(shè)備以及閃存盤等。

USB作為目前應(yīng)用面最為廣泛的端口，其使用方法無疑是非常方便的，可以即插即用、隨拔即關(guān)，但因其裸露的金屬座子及對外通訊的信號PIN腳，容易受到ESD脈沖、插拔尖峰脈沖電壓等快速瞬變的影響，可能會損壞主機(jī)或外設(shè)收發(fā)器的精密內(nèi)部電路，會對數(shù)據(jù)的傳輸造成影響。此方案信號部分采用集成3路保護(hù)、低容值、低漏電的ESD靜電二極管防護(hù)器件，在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯聺M足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護(hù)需求。

USB 2.0引腳配置

圖1 USB 2.0接口引腳配置

表1 USB 2.0接口引腳配置

USB 2.0靜電防護(hù)要求

在選擇ESD（靜電放電）保護(hù)組件以適配USB 2.0高速接口時，需著重考慮以下幾個關(guān)鍵因素以確保高速信號的完整性和設(shè)備的安全性：

1. 低電容特性：低電容有助于減少信號衰減和失真，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院头€(wěn)定性。
2. 高ESD耐電壓能力： ESD保護(hù)組件必須能夠承受較高的ESD電壓沖擊，且防護(hù)性能不退化。
3. 低鉗位電壓：較低的鉗位電壓表示在ESD事件發(fā)生時，保護(hù)器件能夠更有效地將電壓限制在安全范圍內(nèi)，避免對后端電路造成損害。
4. 具有快速相應(yīng)時間：以便在靜電放電（ESD）事件發(fā)生時立即箝制瞬態(tài)電壓，防止其損壞電路。

應(yīng)用示例

USB 2.0接口的VBUS引腳通過電纜從主機(jī)向連接的設(shè)備提供5V和500mA的電源，D+和D-引腳負(fù)責(zé)傳輸480 Mbps的分?jǐn)?shù)據(jù)信號。

在正常工作條件下，差分線上的電壓可以達(dá)到5V，可以選擇工作電壓為5V的ESD防護(hù)器件SELC143T5V2UC。SELC143T5V2UC是一款雙通道設(shè)備，可用于保護(hù)D+和D-線路，符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4規(guī)范，在 ±25kV（空氣）和 ±25kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。它采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SOT-143封裝,且電流較大，鉗位電壓較低，在IPP為7A的狀態(tài)下鉗位電壓可達(dá)15V。

圖2 USB 2.0接口應(yīng)用示例一

我們?yōu)閁SB 2.0接口防護(hù)提供了另一種方案，在VCC供電引腳上使用超強(qiáng)通流能力的ESD器件SENC2F5V1BF進(jìn)行防護(hù)。SENC2F5V1BF的工作電壓為5V,通流能力極強(qiáng)，脈沖電流可高達(dá)100A，同時可保證鉗位電壓低至9V，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4規(guī)范，可在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

D+/-兩個引腳可使用SELC2F5V1BT進(jìn)行防護(hù)，該器件工作電壓為5V，結(jié)電容僅為0.25pf，鉗位電壓為22V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4規(guī)范，在 ±20kV（空氣）和 ±20kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

圖3 USB 2.0接口應(yīng)用示例二

表2 USB 2.0接口可用物料匯總

總結(jié)與結(jié)論

USB 2.0接口在消費(fèi)級設(shè)備、非便攜設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療儀器及數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。日常生活中，人們頻繁地將三至四個外設(shè)通過USB 2.0接口與計算機(jī)相連，這使得USB端口的穩(wěn)定性與安全性顯得尤為重要。因此防止災(zāi)難性靜電放電（ESD）事件對USB 2.0端口的侵害，成為了不可忽視的課題。

ELECSUPER SEMI憑借其豐富的ESD靜電防護(hù)器件產(chǎn)品線，為全球眾多知名電子設(shè)備提供了堅實(shí)的防護(hù)屏障。高效、可靠的ESD產(chǎn)品專為各類USB接口設(shè)計以有效抵御ESD威脅，包括USB 2.0接口在內(nèi)。選擇ELECSUPER SEMI ESD防護(hù)器件來保護(hù)USB 2.0端口，既保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙碂o阻，又顯著提升受保護(hù)設(shè)備的耐用性與長期使用的可靠性，為用戶帶來更加安心、穩(wěn)定的數(shù)字生活體驗(yàn)。

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表3 SELC143T5V2UC電氣特性表

表4 SENC2F5V1BF電氣特性表

表5 SELC2F5V1BT電氣特性表