USB是一種通用的串行總線標準，定義了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和電源供應規(guī)范，用于連接計算機與外部設備。USB接口的設計初衷是為了簡化計算機與外部設備之間的連接，通過一個統(tǒng)一的接口標準來替代以往計算機上眾多的串行和并行接口。USB 3.0的理論速度最高可達5Gbps，相比USB 2.0極大地提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎退俣?，且保持了與USB 2.0及更早版本的向后兼容性，用戶可以在USB 3.0接口上使用USB 2.0的設備。其廣泛應用于消費電子、計算機和外設等領(lǐng)域，如文件傳輸、攝像頭、打印機、掃描儀等。

由于USB 3.0高速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較小，且金屬引腳外露，最普遍的應用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，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、甚至造成后續(xù)電路毀壞的元兇，所以在端口設計時常?？紤]使用器件對接口進行靜電保護，以確保能穩(wěn)定可靠地工作。普通的防護方案或許會對數(shù)據(jù)的傳輸造成一定影響，隨著消費類電子產(chǎn)品需求的持續(xù)增長，對ESD保護器件性能加強的需求也越來越強烈。靜芯微系列產(chǎn)品可以充分滿足客戶的設計要求。

USB 3.0介紹

USB 3.0接口采用了9針腳設計，其中4個針腳與USB 2.0的形狀和定義完全相同，用于保持兼容性。另外5個針腳是專門為USB 3.0而設計的，用于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 Type-A、Type-B接口引腳

表1 Type-A、Type-B接口引腳功能描述

圖2 Micro-B接口引腳

表2 Micro-B接口引腳功能描述

USB 3.0應用方案

圖3 USB 3.0應用方案

根據(jù)USB 3.0要兼容USB 2.0的特性，USB 3.0的靜電防護主要分為兩部分。

VBUS引腳和兼容USB 2.0的一對差分線（D+和 D-）共用一片四引腳回掃型ESD防護器件SELC143T5V2UA進行防護。SELC143T5V2UA是湖南靜芯研發(fā)的一款低電容雙通道單向帶VCC保護的ESD靜電保護器件，可適用于USB 2.0、USB 3.0、IO接口和音視頻轉(zhuǎn)換接口等接口的信號線防護。

新增的兩對差分線SSTX+/-和SSRX+/-采用回掃型ESD防護器件SEUCS2X3V1BB進行防護， SEUCS2X3V1BB是湖南靜芯研發(fā)的一款超低電容ESD靜電保護器件，專門設計用于保護高速數(shù)據(jù)接口免受過應力事件的影響，可適用于USB接口的高速差分信號線防護。

SEUCS2X3V1BB的工作電壓為3.3V，鉗位電壓為6.4V，具有 0.28pF的極低電容，可確保信號完整性。根據(jù)IEC 61000-4-2 (ESD)規(guī)范， SEUCS2X3V1BB可用于提供高達±30kV(接觸放電)，±30kV(空氣放電)的ESD保護，并根據(jù)IEC61000-4-5標準承受高達14A(8/20μs)的峰值脈沖電流。

該器件的相關(guān)曲線圖及參數(shù)如表4所示。

擊穿電壓曲線	漏電流曲線
結(jié)電容曲線	IV曲線

表4 SEUCS2X3V1BB相關(guān)曲線圖

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表5 SEUCS2X3V1BB電氣特性表

表6 SELC143T5V2UA電氣特性表

總結(jié)與結(jié)論

隨著移動設備和存儲設備的普及，高速的數(shù)據(jù)傳輸變得越來越重要。USB 3.0不僅應用于傳統(tǒng)的計算機外設，還廣泛應用于智能手機、平板電腦、SSD固態(tài)硬盤、相機等設備的數(shù)據(jù)傳輸和充電。因此防止災難性靜電放電（ESD）事件對USB 3.0端口的侵害，成為了不可忽視的課題。本方案采用的元器件都為湖南靜芯研發(fā)的深回掃型器件，回掃特性ESD防護器件具有超小封裝體積、超低鉗位電壓、超低結(jié)電容特性，相比常規(guī)工藝 TVS防護效果更優(yōu)，且不影響信號完整性，可更有效保護高速數(shù)據(jù)接口免受瞬態(tài)過電壓的影響，為相關(guān)電子產(chǎn)品設備加固防護，提升消費者使用體驗。

湖南靜芯深回掃型系列ESD器件工作電壓涵蓋1.0~38V，電流涵蓋4~30A，電容最低至0.1pF，封裝涵蓋CSP、FC及各類封裝形式。同時推出22V&33V TDS平緩浪涌抑制器，可用于保護工作電壓為20V、24V、28V、36V的系統(tǒng)，具有精準且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護。結(jié)合TDS器件與深回掃ESD優(yōu)勢，湖南靜芯是國內(nèi)首家推出USB4.0完整解決方案的公司，詳情可以參考：“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防護完整解決方案100W+80G/120G”與“湖南靜芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防護完整解決方案140W&180W+80G/120G”等文章。