基于USB3.0静电放电防护的解决方案
基于usb3.0静电放电防护的解决方案
在今年计算机硬件的热门话题中，usb3.0绝对是最受瞩目的。自从公元2000年usb2.0释出后，这项应用已深植各项电子产品中，在各式各样的端口规格中， usb应可算是使用最广泛的了。usb3.0的数据传输速率比现有的usb2.0快上十倍，刚好迎合日益大增的高画质、大容量储存需求。无论是外接式硬盘、随身碟、相机记忆卡均可大幅缩减储存的时间。除了在计算机上的应用之外，手机与相机的传输也几乎都是使用usb规格，甚至许多产品更直接把充电端与usb结合，难怪各界皆如此期待usb3.0的广泛使用，好让用户享受4.8gbps的传输快感。usb3.0接口分成主机（host）端与装置（device）端，必须先有host端的支持，周边的device端才能搭配；而芯片大厂英特尔及超威自2010年起亦已开始研发将支持usb3.0为南桥规格，加上微软windows 7也确定研发支持usb3.0的drivers，预估usb 3.0取代usb2.0已是既定趋势。
为实现十倍于usb2.0的传输速度，usb 3.0控制芯片必须使用更先进的制程来设计与制造，但这也造成usb 3.0的控制芯片对esd的耐受能力快速下降。除此之外，usb 3.0会被大量用来传输影音数据，对数据传输容错率会有越严格的要求，使得使用额外的保护组件来防止esd事件对数据传输的干扰变得很必要。除了传输速度的要求之外，另一个用户最普遍的usb应用就是即插即用、随拔即关。然而这个热插入动作却也经常是造成电子系统工作异常、甚至造成usb端口组件毁坏的元凶，因为如静电放电(esd)等瞬时噪声就是来自这个热插入动作。
要用在usb3.0端口的esd防护组件必须同时符合下面三项要求：
第一、esd防护组件本身的寄生电容必须要小，为不影响usb3.0 4.8gbps的传输速率，其寄生电容必须小于0.3pf。
第二、防护组件对esd的耐受能力必须要高，最少要能承受iec 61000-4-2接触模式8kv esd的轰击。
第三、也是最重要的一项要求，防护组件在esd事件发生期间所提供的箝制电压必须要够低，不能造成传输数据的损坏。
以上三项要求缺一不可，缺少了任何一个要项，usb3.0端口就无法被完善地保护。然而要同时符合以上三项要求的esd防护组件，其本身的设计难度就相当高。
晶焱科技拥有先进的esd防护设计技术，特别针对usb3.0的防护需求，推出az1065系列的esd防护组件。为避免防护组件的寄生电容影响usb3.0 4.8gbps差动(differential)讯号的高速传输，az1065的寄生电容已低于0.3pf。在极低的电容特性下，任一接脚在室温时仍皆可承受iec 61000-4-2接触模式10kv esd的轰击。最重要是，以相同寄生电容来比较，az1065拥有最低的esd箝制电压，可有效防止数据传输时被esd事件所干扰，才能让拥有usb 3.0端口的电子系统有机会通过class-a的iec 61000-4-2系统级静电放电保护测试。利用传输线脉冲系统(tlp)测量az1065后，可以观察到如图一的esd箝制电压特性。在iec 61000-4-2接触模式6kv的esd冲击下(tlp电流等效约为17a)，箝制电压仅有13.4v，将得以有效避免系统产品于静电测试时发生数据错误、当机甚至损坏的情况。
图1：az1065-06f的esd箝制电压测试曲线。
在电子产品的usb3.0应用中，az1065-06f将是静电放电防护的最佳解决方案。图2所示即为装有esd防护组件az1065-06f的usb3.0端口顺利通过5gbps的eye diagram测试结果。
图2：az1065-06f 5gbps的eye diagram测试结果。
在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下，产品的印刷电路板(pcb)也随之越来越小，但在产品功能强大的要求之下，线路也变得更加复杂，因此pcb的面积已变得寸土寸金，造成产品设计时相当大的困扰。az1065系列产品提供六个极低电容的接脚，可同时保护usb3.0的两组差动对(tx and rx)及usb2.0的差动对(d+ and d-)，具有缩小pcb面积与降低布局(layout)复杂度等优点，可节省系统成本。更特别的是az1065-06f首先采用交错型式的接脚，以提供pcb layout时可利用穿透式(feedthrough)的设计，图3即为az1065-06f的接线方式。此种首创的组件接脚方式将可免除绕线时的诸多困扰，不但对缩短产品设计时间的pcb layout工作有相当大的帮助，同时差动讯号线的layout也将更为对称，减少讯号传输错误的机会。
图3：以az1065-06f作为usb3.0 esd防护，线路可利用穿透式layout达成。
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要用在usb3.0端口的esd防护组件必须同时符合下面三项要求：
第一、esd防护组件本身的寄生电容必须要小，为不影响usb3.0 4.8gbps的传输速率，其寄生电容必须小于0.3pf。
第二、防护组件对esd的耐受能力必须要高，最少要能承受iec 61000-4-2接触模式8kv esd的轰击。
第三、也是最重要的一项要求，防护组件在esd事件发生期间所提供的箝制电压必须要够低，不能造成传输数据的损坏。
以上三项要求缺一不可，缺少了任何一个要项，usb3.0端口就无法被完善地保护。然而要同时符合以上三项要求的esd防护组件，其本身的设计难度就相当高。
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图1：az1065-06f的esd箝制电压测试曲线。
在电子产品的usb3.0应用中，az1065-06f将是静电放电防护的最佳解决方案。图2所示即为装有esd防护组件az1065-06f的usb3.0端口顺利通过5gbps的eye diagram测试结果。
图2：az1065-06f 5gbps的eye diagram测试结果。
在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下，产品的印刷电路板(pcb)也随之越来越小，但在产品功能强大的要求之下，线路也变得更加复杂，因此pcb的面积已变得寸土寸金，造成产品设计时相当大的困扰。az1065系列产品提供六个极低电容的接脚，可同时保护usb3.0的两组差动对(tx and rx)及usb2.0的差动对(d+ and d-)，具有缩小pcb面积与降低布局(layout)复杂度等优点，可节省系统成本。更特别的是az1065-06f首先采用交错型式的接脚，以提供pcb layout时可利用穿透式(feedthrough)的设计，图3即为az1065-06f的接线方式。此种首创的组件接脚方式将可免除绕线时的诸多困扰，不但对缩短产品设计时间的pcb layout工作有相当大的帮助，同时差动讯号线的layout也将更为对称，减少讯号传输错误的机会。
图3：以az1065-06f作为usb3.0 esd防护，线路可利用穿透式layout达成。
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