选择USB3.0的ESD组件的必要考虑因素

随着芯片大厂英特尔2012年推出Ivy Bridge新平台，芯片组支持USB3.0，确认USB3.0成为主流规格，预计在新的操作系统Win 8发酵下，将促成USB3.0快速地普及化。USB3.0的数据传输速度达到5Gbps，比USB2.0快上十倍。为实现如此高速的传输速度，USB3.0控制芯片必须使用最先进的半导体制程技术，所使用的组件闸极氧化层很薄且接面很浅，造成USB3.0的控制芯片对ESD的耐受能力快速下降。

另一个问题在于使用者最普遍的USB应用就是随插即用、随拔即关，然而这个热插拔(Hot Plug)动作却也经常是造成电子系统工作异常，甚至造成USB控制芯片毁坏的元凶。因为在热插拔中，由于接口端的讯号线已经带电，本身就像是个带电的大电容会在接触系统时作放电动作。这种现象等同于静电放电效应会对系统产生严重破坏，我们一般称这种现象为直接放电(Direct Injection)。目前在系统的静电放电测试上，越来越多的厂商要求以Direct-Pin Injection方式测试产品，以此来仿真系统在客户端使用时遭受到ESD事件的状况。部份系统厂商甚至规范其产品的USB3.0连接端口以Direct-Pin Injection方式测试必须通过±8kV的ESD轰击，并且系统必须在不受任何影响之下通过测试。因此，使用额外的ESD保护组件于USB3.0接口来防止ESD事件对数据传输的干扰是绝对需要的。

对于USB3.0的高速接口而言，在选择ESD保护组件时必须考虑到：

1. ESD保护组件若要能对系统提供有效保护，除了本身要能承受够高的ESD轰击外，还需要考虑箝制电压(Clamping Voltage)是否足够低，使得ESD的能量能被箝制在更低的电压以防止系统内部电路受到损毁。因此箝制电压是判断ESD保护组件对于系统电路保护效能最重要的参数。

2.为确保USB3.0高速讯号传输时不会受到影响以及讯号的完整性，所以选择ESD保护组件时，必须选择其寄生电容越低越好，建议选择寄生电容必须低于0.3pF。

3.在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下，产品使用的印刷电路板面积已变得寸土寸金。针对USB3.0接口，使用单颗多信道的ESD保护组件为目前最经济有效的选择。

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保护组件。为避免保护组件的寄生电容影响USB3.0的高速传输，AZ1065系列产品的寄生电容低于0.3pF，能够顺利通过5Gbps的Eye Diagram测试。

最重要的，AZ1065系列产品拥有最低的ESD箝制电压，能够有效地协助USB3.0接口通过以Direct-Pin Injection方式的±8kV静电放电轰击。图一为利用传输线脉冲产生系统(TLP)量测AZ1065系列产品的电流对电压曲线。在IEC 61000-4-2接触模式6kV的ESD冲击下(等效TLP电流约为17A)，箝制电压仅有13V，能有效避免系统产品于ESD测试时发生数据错误、当机甚至损坏的情况。

此外，AZ1065系列产品提供了六个极低电容的接脚，可同时保护USB3.0的两组差动对(TX和RX)与USB 2.0的差动对(D+和D-)，以及电源端VBUS的保护，具有缩小印刷电路板面积与降低布局(Layout)复杂度等优点，可节省系统成本。更特别的是其DFN-10的封装并且采用交错型式的接脚，提供印刷电路板布局时可利用穿透式(Feed through)的设计，如图二所示。因此，AZ1065系列产品为目前USB3.0的最佳ESD解决方案。

图1：使用传输线脉冲产生系统量测AZ1065的电流对电压曲线


图2：使用AZ1065作为USB3.0的ESD防护

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