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(jì)算機(jī)與外部設(shè)備。USB接口的設(shè)計(jì)初衷是為了簡化計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的連接，通過一個(gè)統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)來替代以往計(jì)算機(jī)上眾多的串行和并行接口。USB 3.0的理論速度最高可達(dá)5Gbps，相比USB 2.0極大地提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎退俣龋冶３至伺cUSB 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(shè)備。其廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)和外設(shè)等領(lǐng)域，如文件傳輸、攝像頭、打印機(jī)、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(yīng)用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個(gè)熱插拔動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)常?？紤]使用器件對接口進(jìn)行靜電保護(hù)，以確保能穩(wěn)定可靠地工作。普通的防護(hù)方案或許會(huì)對數(shù)據(jù)的傳輸造成一定影響，隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求的持續(xù)增長，對ESD保護(hù)器件性能加強(qiáng)的需求也越來越強(qiáng)烈。靜芯微系列產(chǎn)品可以充分滿足客戶的設(shè)計(jì)要求。

USB 3.0介紹

USB 3.0接口采用了9針腳設(shè)計(jì)，其中4個(gè)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(gè)針腳是專門為USB 3.0而設(shè)計(jì)的，用于實(shí)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(yīng)用方案

圖3 USB 3.0應(yīng)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(hù)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(hù)器件SELC143T5V2UA進(jìn)行防護(hù)。SELC143T5V2UA是湖南靜芯研發(fā)的一款低電容雙通道單向帶VCC保護(hù)的ESD靜電保護(hù)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(hù)。

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

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(dá)±30kV(接觸放電)，±30kV(空氣放電)的ESD保護(hù)，并根據(jù)IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)承受高達(dá)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(dòng)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)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(yīng)用于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)外設(shè)，還廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、SSD固態(tài)硬盤、相機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和充電。因此防止災(zāi)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(hù)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(hù)效果更優(yōu)，且不影響信號完整性，可更有效保護(hù)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(shè)備加固防護(hù)，提升消費(fèi)者使用體驗(yàn)。

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(shí)推出22V&33V TDS平緩浪涌抑制器，可用于保護(hù)工作電壓為20V、24V、28V、36V的系統(tǒng)，具有精準(zhǔn)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(hù)。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(hù)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(hù)完整解決方案140W&180W+80G/120G”等文章。