【導(dǎo)讀】用戶在使用USB時經(jīng)常隨插即用、隨拔即關(guān)，然而這個熱插拔動作卻也經(jīng)常是造成USB控制芯片毀壞的元兇。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(yán)重破壞。
隨著芯片大廠英特爾2012年推出Ivy Bridge新平臺，芯片組支持USB 3.0，確認(rèn)USB 3.0成為主流規(guī)格，預(yù)計在新的操作系統(tǒng)Windows 8發(fā)酵下，將促成USB 3.0快速地普及化。USB 3.0的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到5Gbps，比USB 2.0快上十倍。為實現(xiàn)如此高速的傳輸速度，USB 3.0控制芯片必須使用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程技術(shù)，所使用的組件閘極氧化層很薄且接面很淺，造成USB 3.0的控制芯片對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控制芯片毀壞的元兇。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(yán)重破壞，我們一般稱這種現(xiàn)象為直接放電(Direct Injection)。
圖一、使用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)量測AZ1065的電流對電壓曲線
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，以此來仿真系統(tǒng)在客戶端使用時遭受到ESD事件的狀況。部分系統(tǒng)廠商甚至規(guī)范其產(chǎn)品的USB 3.0連接端口以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保護組件于USB 3.0接口來防止ESD事件對數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，是絕對需要的。
對于USB 3.0的高速接口而言，在選擇ESD保護組件時必須考慮到以下幾個要點：
1. ESD保護組件若要能對系統(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保護組件對于系統(tǒng)電路保護效能最重要的參數(shù)。
2. 為確保USB 3.0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保護組件時，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USB 3.0接口，使用單顆多信道的ESD保護組件為目前最經(jīng)濟有效的選擇。
晶焱科技擁有先進(jìn)的ESD防護設(shè)計技術(shù)，特別針對USB 3.0的防護需求，推出AZ1065系列的ESD保護組件。為避免保護組件的寄生電容影響USB 3.0的高速傳輸，AZ1065系列產(chǎn)品的寄生電容低于0.3pF，能夠順利通過5Gbps的Eye Diagram測試。
最重要的，AZ1065系列產(chǎn)品擁有最低的ESD箝制電壓，能夠有效地協(xié)助USB 3.0接口通過以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)生數(shù)據(jù)錯誤、當(dāng)機甚至損壞的情況。
圖二、使用AZ1065作為USB 3.0的ESD防護
此外，AZ1065系列產(chǎn)品提供了6個極低電容的接腳，可同時保護USB 3.0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。因此，AZ1065系列產(chǎn)品為目前USB 3.0的最佳ESD解決方案。
