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適合USB4規范的Nexperia ESD保護
2020-04-13 12:49:53    Nexperia
Choosing ESD protection devices for USB4


去年9月初,USB開發者論壇(USB-IF)宣布推出USB4規范。新規范提供與USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3的向后兼容性,利用USB Type-C連接器,但帶寬加倍,擴展了Type-C性能。這便需要Nexperia提供的增強型ESD保護。

USB4規范引入了新的底層協議,允許連接進行擴展,讓所連接設備實現出色的互連能力。例如,隨著USB Type-C發展成為眾多主機產品的外部顯示端口,新協議能夠擴展顯示數據流的分配。還可以幫助優化較舊設備的性能。然而,這意味著新協議所包含的一些變更將對ESD保護器件的選擇產生影響。

USB4的主要特點包括:
- 借助USB Type-C線纜實現雙通道操作,并通過認證線纜實現高達40Gbps的數據傳輸
- 支持多數據和顯示協議,可高效共享最大總帶寬;
- 與USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3向后兼容;
- 支持USB供電規范;
- ESD保護的TrEOS支柱因素。

顯然,ESD保護為系統鏈路增加低插入損耗(信號衰減)和低回波損耗(信號反射)的同時,提供低鉗位電壓以保護敏感的高速數據線。所以,從許多方面來說,采用有源可控硅整流的Nexperia TrEOS ESD保護技術是理想解決方案。此外,通過PESD2V8R1BSF,設計師能夠獲得極低電容(0.1pF)、極低鉗位(動態電阻0.45Ω)及超高浪涌和ESD脈沖抗擾度(對于非?焖俚臄祿,可達4.5A 8/20μs)的最佳組合。

但任何ESD保護一樣,Nexperia清楚,要選擇合適的高速ESD器件,工程師需要從系統級方法考慮性能和放置位置。因此,我們使用高效的系統級ESD設計(SEED)方法(如ESD應用手冊——現代接口的保護概念、測試和仿真第5章所述)。如果將USB4和USB 3.2規范進行比較,我們會發現一個容易被忽視的潛在問題——工作電壓。


向后兼容性和工作電壓


除了可以忽略插頭方向外,USB Type-C為最終客戶提供的主要優勢是能夠連接兩個不同的應用并由這兩個應用協商確定最佳連接。在白皮書《選擇USB4?的ESD保護器件》中,我們探討了因具有不同工作電壓但使用相同USB Type-C連接而引起的潛在ESD保護和放置問題。 

需要注意的一點是,對于USB4,必須為接收器輸入(Rx)提供交流耦合。這意味著ESD保護可以直接放置在耦合電容器后面的SoC輸入端,或放置在耦合電容器前面的端口側。在第一種情況下,可以選擇具有超低鉗位電壓的低VRWM器件,從而為非常敏感的輸入提供最佳保護。將保護放置在耦合電容器前面意味著耦合電容器也受到保護,但通常選擇與Type-C連接器上的預期最大VBUS一樣高的VRWM。對于這兩種應用場景,Nexperia都可提供合適的解決方案。

如需了解有關ESD系統保護建模與仿真的更多技術信息,您還可以查看2018年ECMS論文——預測系統級ESD性能。查詢進一步信息,請訪問官方網站http://efficiencywins.nexperia.cn/efficient-products/Getting-ESD-protection-right-for-USB4.html。


關于作者:Burkhard Laue
1984年,Burkhard在布倫瑞克大學獲得電氣工程學學位。同年,他加入飛利浦半導體,擔任開發和系統工程師一職,從事數字視頻處理方面的工作,重點研究運動補償幀速率轉換和視頻增強特性。
2010年,他轉變研究重心,加入恩智浦半導體位于德國漢堡的分立器件團隊。在Nexperia擔任應用營銷經理一職時,他的主要工作是保護計算和移動通信中的超高速接口。
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