【導讀】USB3.0具有高達5Gbps的資料傳輸速度，但其控制晶片對ESD的耐受能力也快速下降，加上最普遍的USB熱插拔動作，也極易造成電子系統(tǒng)工作異常，甚至造成USB控制晶片毀壞，因此，使用額外的ESD保護元件于USB3.0介面來防止ESD事件對資料傳輸?shù)母蓴_是絕對必要的。
隨著晶片大廠英特爾2012年推出Ivy Bridge新平臺，晶片組支援USB3.0，確認USB3.0成為主流規(guī)格，預(yù)計在新的作業(yè)系統(tǒng)Win 8發(fā)酵下，將促成USB3.0快速地普及化。USB3.0的資料傳輸速度達到5Gbps，比USB2.0快上十倍。為實現(xiàn)如此高速的傳輸速度，USB3.0控制晶片必須使用最先進的半導體制程技術(shù)，所使用的元件閘極氧化層很薄且接面很淺，造成USB3.0的控制晶片對ESD的耐受能力快速下降。
另一個問題在于使用者最普遍的USB應(yīng)用就是隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個熱插拔(Hot Plug)動作卻也經(jīng)常是造成電子系統(tǒng)工作異常，甚至造成USB控制晶片毀壞的元兇。因為在熱插拔中，由于接口端的訊號線已經(jīng)帶電，本身就像是個帶電的大電容會在接觸系統(tǒng)時作放電動作。這種現(xiàn)象等同于靜電放電效應(yīng)會對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重破壞，我們一般稱這種現(xiàn)象為直接放電(Direct Injection)。目前在系統(tǒng)的靜電放電測試上，越來越多的廠商要求以Direct-Pin Injection方式測試產(chǎn)品，以此來模擬系統(tǒng)在用戶端使用時遭受到ESD事件的狀況。部份系統(tǒng)廠商甚至規(guī)范其產(chǎn)品的USB3.0連接埠以Direct-Pin Injection方式測試必須通過±8kV的ESD轟擊，并且系統(tǒng)必須在不受任何影響之下通過測試。因此，使用額外的ESD保護元件于USB3.0介面來防止ESD事件對資料傳輸?shù)母蓴_是絕對需要的。
對于USB3.0的高速介面而言，在選擇ESD保護元件時必須考慮到：
1.ESD保護元件若要能對系統(tǒng)提供有效保護，除了本身要能承受夠高的ESD轟擊外，還需要考慮箝制電壓(Clamping Voltage)是否足夠低，使得ESD的能量能被箝制在更低的電壓以防止系統(tǒng)內(nèi)部電路受到損毀。因此箝制電壓是判斷ESD保護元件對于系統(tǒng)電路保護效能最重要的參數(shù)。
2.為確保USB3.0高速訊號傳輸時不會受到影響以及訊號的完整性，所以選擇ESD保護元件時，必須選擇其寄生電容越低越好，建議選擇寄生電容必須低于0.3pF。
3.在電子產(chǎn)品朝向輕薄短小的發(fā)展趨勢下，產(chǎn)品使用的印刷電路板面積已變得寸土寸金。針對USB3.0介面，使用單顆多通道的ESD保護元件為目前最經(jīng)濟有效的選擇。
圖1：使用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)量測AZ1065的電流對電壓曲線
晶焱科技的AZ1065系列的ESD保護元件，寄生電容低于0.3pF，能夠順利通過5Gbps的Eye Diagram測試。AZ1065系列產(chǎn)品擁有最低的ESD箝制電壓，能夠有效地協(xié)助USB3.0介面通過以Direct-Pin Injection方式的±8kV靜電放電轟擊。圖一為利用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)(TLP)量測AZ1065系列產(chǎn)品的電流對電壓曲線。在IEC 61000-4-2接觸模式6kV的ESD沖擊下(等效TLP電流約為17A)，箝制電壓僅有13V，能有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品于ESD測試時發(fā)生資料錯誤、當機甚至損壞的情況。
圖2：使用AZ1065作為USB3.0的ESD防護
此外，AZ1065系列產(chǎn)品提供了六個極低電容的接腳，可同時保護USB3.0的兩組差動對(TX和RX)與USB 2.0的差動對(D+和D-)，以及電源端VBUS的保護，具有縮小印刷電路板面積與降低布局(Layout)復(fù)雜度等優(yōu)點，可節(jié)省系統(tǒng)成本。更特別的是其DFN-10的封裝并且采用交錯型式的接腳，提供印刷電路板布局時可利用穿透式(Feed through)的設(shè)計，如圖二所示。
相關(guān)閱讀：
USB 3.0大行其道，ESD防護必不可少
http://www.yonglehk.com/connect-art/80019048
面對高清、3D需求，USB3.0表現(xiàn)優(yōu)異
http://www.yonglehk.com/connect-art/80019767
增強版USB 3.0標準，年內(nèi)將實現(xiàn)10Gbps速率
http://www.yonglehk.com/connect-art/80019945
