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适合USB4规范的Nexperia ESD保护

2020/4/13 12:49:53 Nexperia

Choosing ESD protection devices for USB4

去年9月初，USB开发者论坛（USB-IF）宣布推出USB4规范。新规范提供与USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3的向后兼容性，利用USB Type-C连接器，但带宽加倍，扩展了Type-C性能。这便需要Nexperia提供的增强型ESD保护。

USB4规范引入了新的底层协议，允许连接进行扩展，让所连接设备实现出色的互连能力。例如，随着USB Type-C发展成为众多主机产品的外部显示端口，新协议能够扩展显示数据流的分配。还可以帮助优化较旧设备的性能。然而，这意味着新协议所包含的一些变更将对ESD保护器件的选择产生影响。

USB4的主要特点包括：
- 借助USB Type-C线缆实现双通道操作，并通过认证线缆实现高达40Gbps的数据传输
- 支持多数据和显示协议，可高效共享最大总带宽；
- 与USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3向后兼容；
- 支持USB供电规范；
- ESD保护的TrEOS支柱因素。

显然，ESD保护为系统链路增加低插入损耗（信号衰减）和低回波损耗（信号反射）的同时，提供低钳位电压以保护敏感的高速数据线。所以，从许多方面来说，采用有源可控硅整流的Nexperia TrEOS ESD保护技术是理想解决方案。此外，通过PESD2V8R1BSF，设计师能够获得极低电容（0.1pF）、极低钳位（动态电阻0.45Ω）及超高浪涌和ESD脉冲抗扰度（对于非常快速的数据线，可达4.5A 8/20μs）的最佳组合。

但任何ESD保护一样，Nexperia清楚，要选择合适的高速ESD器件，工程师需要从系统级方法考虑性能和放置位置。因此，我们使用高效的系统级ESD设计（SEED）方法（如ESD应用手册——现代接口的保护概念、测试和仿真第5章所述）。如果将USB4和USB 3.2规范进行比较，我们会发现一个容易被忽视的潜在问题——工作电压。

向后兼容性和工作电压

除了可以忽略插头方向外，USB Type-C为最终客户提供的主要优势是能够连接两个不同的应用并由这两个应用协商确定最佳连接。在白皮书《选择USB4?的ESD保护器件》中，我们探讨了因具有不同工作电压但使用相同USB Type-C连接而引起的潜在ESD保护和放置问题。

需要注意的一点是，对于USB4，必须为接收器输入（Rx）提供交流耦合。这意味着ESD保护可以直接放置在耦合电容器后面的SoC输入端，或放置在耦合电容器前面的端口侧。在第一种情况下，可以选择具有超低钳位电压的低VRWM器件，从而为非常敏感的输入提供最佳保护。将保护放置在耦合电容器前面意味着耦合电容器也受到保护，但通常选择与Type-C连接器上的预期最大VBUS一样高的VRWM。对于这两种应用场景，Nexperia都可提供合适的解决方案。

如需了解有关ESD系统保护建模与仿真的更多技术信息，您还可以查看2018年ECMS论文——预测系统级ESD性能。查询进一步信息，请访问官方网站

http://efficiencywins.nexperia.cn/efficient-products/Getting-ESD-protection-right-for-USB4.html。

关于作者：Burkhard Laue
1984年，Burkhard在布伦瑞克大学获得电气工程学学位。同年，他加入飞利浦半导体，担任开发和系统工程师一职，从事数字视频处理方面的工作，重点研究运动补偿帧速率转换和视频增强特性。
2010年，他转变研究重心，加入恩智浦半导体位于德国汉堡的分立器件团队。在Nexperia担任应用营销经理一职时，他的主要工作是保护计算和移动通信中的超高速接口。

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