基于USB3.0電路可靠性的PTC/ESD方案

USB 3.0擁有更高的資料速率，就特別須要注意元件的電流容量以保護(hù)電路，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇ESD保護(hù)元件時(shí)也須留意許多重要參數(shù)，包括動(dòng)態(tài)電阻、箝位元電壓、擊穿電壓、寄生電容、最大ESD能力、多脈沖能力、封裝形狀、關(guān)斷狀態(tài)的阻抗或泄漏電流、設(shè)備電路配置和布局的靈活性等。

　　現(xiàn)階段，市場(chǎng)上有幾種不同的防靜電抑制技術(shù)，例如多層陶瓷壓敏電阻（MLV），聚合物ESD抑制器和半導(dǎo)體的ESD抑制技術(shù)，是否選擇正確的元件將決定USB 3.0埠的設(shè)計(jì)可靠度。由于ESD保護(hù)元件的電容、箝位元電壓和動(dòng)態(tài)電阻最為重要，一些保護(hù)元件制造商已實(shí)現(xiàn)以最小寄生電容提高訊號(hào)完整性的產(chǎn)品，同時(shí)有些產(chǎn)品的箝位元性能也達(dá)到最大化，但代價(jià)是電容很高。

　　舉例來(lái)說(shuō)，瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極體和二極體陣列有較低的動(dòng)態(tài)電阻，提供卓越的箝位元性能，并能保持非常低寄生封裝電容。圖4顯示矽方案的箝位元性能與MLV ESD保護(hù)技術(shù)的比較，以矽為基礎(chǔ)的解決方案的箝位元電壓更低。

　　圖4 矽電阻與壓敏電阻的箝位元性能比較

　　TVS二極體陣列提供多通道ESD保護(hù)解決方案（圖5），成為目前USB 3.0保護(hù)的最佳選擇。該類元件能吸收瞬態(tài)電流，并瀉放電流，同時(shí)透過(guò)雪崩或齊納二極體箝制電壓位準(zhǔn)。如圖6所示為USB 3.0靜電保護(hù)方案架構(gòu)圖。

　　圖5 保護(hù)USB 3.0電路的TVS二極體陣列示意圖

　　圖6 上為USB 3.0靜電保護(hù)方案架構(gòu)圖

　　USB 3.0電路保護(hù)元件對(duì)維護(hù)資料完整性也非常重要，任何附加電容都可導(dǎo)致訊號(hào)失真，并降低訊號(hào)的可靠性。測(cè)試靜電抑制器的寄生電容對(duì)訊號(hào)完整性影響的主要方法是進(jìn)行眼圖測(cè)試，此測(cè)試須重復(fù)采樣數(shù)位訊號(hào)，并在示波器上顯示出眼圖，用來(lái)定義可接受的訊號(hào)品質(zhì)和依從性。