USB 3.0應(yīng)用的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)

2011年10月20日 10:10 來(lái)源:本站整理 作者:葉子 我要評(píng)論(0)

 

  USB是通用串行總線的簡(jiǎn)稱,這是目前個(gè)人計(jì)算機(jī)與其它外部設(shè)備聯(lián)機(jī)使用最為廣泛的一種傳輸接口。該接口最初由英特爾與微軟公司倡導(dǎo)發(fā)起,其最大的特點(diǎn)是支持熱插拔和隨插即用,使用者不需要重新開(kāi)機(jī)便可以直接安裝或加載硬件驅(qū)動(dòng)程序,使用起來(lái)比PCI和ISA總線要方便很多。

  USB 3.0接口分成主機(jī)(Host)端與設(shè)備(Device)端,必須先有主機(jī)端的支持,外圍的設(shè)備端才能搭配。從芯片大廠英特爾及AMD已開(kāi)始推出支持USB 3.0的南橋芯片,微軟Windows 7也開(kāi)始提供支持USB 3.0的驅(qū)動(dòng),以及最近市面上的計(jì)算機(jī)及外圍產(chǎn)品中已越來(lái)越多地標(biāo)榜具有USB 3.0功能,可知USB 3.0取代USB 2.0已是既定的趨勢(shì)。

  USB 3.0的數(shù)據(jù)傳輸速率比USB 2.0快十倍,正好滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)高畫(huà)質(zhì)、大容量存儲(chǔ)的需求。無(wú)論是數(shù)字照片文檔、影片文件、電子郵件數(shù)據(jù)或其它重要數(shù)據(jù)的復(fù)制或備份,甚至是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的備份,均可大幅縮減時(shí)間,提升工作效率。除了在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用之外,手機(jī)與相機(jī)也大都使用USB與計(jì)算機(jī)連接傳輸數(shù)據(jù),并利用USB進(jìn)行充電。

  為實(shí)現(xiàn)十倍于USB 2.0的傳輸速度,必須使用更先進(jìn)的工藝來(lái)設(shè)計(jì)和制造USB 3.0控制芯片,這也造成USB 3.0的控制芯片對(duì)靜電放電(ESD)的耐受能力快速下降。此外,當(dāng)USB 3.0被廣泛用于傳輸影音數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)數(shù)據(jù)傳輸容錯(cuò)率會(huì)有更嚴(yán)格的要求,使用額外的保護(hù)組件來(lái)防止ESD事件對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_變得很有必要。除了傳輸速度的要求之外,USB另一個(gè)最重要的特點(diǎn)就是隨插即用、隨拔即關(guān)。但由于在USB傳輸線內(nèi)部經(jīng)常會(huì)累積靜電,造成在熱插拔動(dòng)作下必然會(huì)有一些ESD現(xiàn)象發(fā)生,電子系統(tǒng)經(jīng)常因此而發(fā)生工作異常、甚至造成USB連接端口組件毀壞,像ESD等瞬時(shí)噪聲就是來(lái)自這個(gè)熱插拔動(dòng)作。

  USB3.0連接端口ESD保護(hù)組件的要素

  ESD保護(hù)組件必須同時(shí)符合下面五項(xiàng)要求才適合用在USB3.0端口:

  首先,ESD保護(hù)組件本身的寄生電容必須小于0.3pF,才不會(huì)影響USB3.0高達(dá)4.8Gbps的傳輸速率。其次,保護(hù)組件的ESD耐受能力必須夠高,至少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的攻擊。第三也是最重要的一項(xiàng)要求,在ESD事件發(fā)生期間保護(hù)組件必須提供夠低的箝制電壓,不能造成傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或遺漏,甚至造成系統(tǒng)產(chǎn)品內(nèi)部電路損壞。第四,保護(hù)組件動(dòng)作后的導(dǎo)通阻值必須夠低,這樣,除了可以降低箝制電壓外,最大的優(yōu)點(diǎn)是可讓組件在遭受高能量ESD攻擊時(shí)仍能保持低箝制電壓,以避免出現(xiàn)保護(hù)組件未受損但系統(tǒng)內(nèi)部電路已無(wú)法正常工作甚至損壞的情況。第五,單個(gè)芯片即可解決USB 3.0連接端口中所有信號(hào)線/電源線的ESD保護(hù)需求,尤其是使用在Micro USB接口時(shí),這將大大降低設(shè)計(jì)布局的復(fù)雜度。

  以上五項(xiàng)基本要求缺一不可,若有任何一項(xiàng)無(wú)法滿足,則USB 3.0端口就無(wú)法被完善地保護(hù)。不過(guò),同時(shí)符合以上五項(xiàng)要求的ESD保護(hù)組件其本身的設(shè)計(jì)難度相當(dāng)高,若非具有豐富經(jīng)驗(yàn)與扎實(shí)技術(shù)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

  

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