中心議題：

• USB3.0連接端口ESD保護組件的要素
• USB 3.0 應用ESD保護方案

解決方案：

• 采用AZ1065的USB 3.0 應用ESD保護方案

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USB是(shi)通(tong)用(yong)串(chuan)行(xing)總(zong)線(xian)的(de)簡(jian)稱(cheng)

，這(zhe)是(shi)目(mu)前(qian)個(ge)人(ren)計(ji)算(suan)機(ji)與(yu)其(qi)它(ta)外(wai)部(bu)設(she)備(bei)聯(lian)機(ji)使(shi)用(yong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)一(yi)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)接(jie)口(kou)。該(gai)接(jie)口(kou)最(zui)初(chu)由(you)英(ying)特(te)爾(er)與(yu)微(wei)軟(ruan)公(gong)司(si)倡(chang)導(dao)發(fa)起(qi)
，其(qi)最(zui)大(da)的(de)特(te)點(dian)是(shi)支(zhi)持(chi)熱(re)插(cha)拔(ba)和(he)隨(sui)插(cha)即(ji)用(yong)，使(shi)用(yong)者(zhe)不(bu)需(xu)要(yao)重(zhong)新(xin)開(kai)機(ji)便(bian)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)安(an)裝(zhuang)或(huo)加(jia)載(zai)硬(ying)件(jian)驅(qu)動(dong)程(cheng)序(xu)，使(shi)用(yong)起(qi)來(lai)比(bi)PCI和ISA總線要方便很多。

USB 3.0接口分成主機(Host)端與設備(Device)端，必須先有主機端的支持，外圍的設備端才能搭配。從芯片大廠英特爾及AMD已開始推出支持USB 3.0的南橋芯片，微軟Windows 7也開始提供支持USB 3.0的驅動，以及最近市麵上的計算機及外圍產品中已越來越多地標榜具有USB 3.0功能
，可知USB 3.0取代USB 2.0已是既定的趨勢。

USB 3.0的數據傳輸速率比USB 2.0快十倍
，正好滿足日益增長的對高畫質、大容量存儲的需求。無論是數字照片文檔
、影片文件
、電dian子zi郵you件jian數shu據ju或huo其qi它ta重zhong要yao數shu據ju的de複fu製zhi或huo備bei份fen
，甚shen至zhi是shi整zheng個ge計ji算suan機ji係xi統tong的de備bei份fen，均jun可ke大da幅fu縮suo減jian時shi間jian，提ti升sheng工gong作zuo效xiao率lv。除chu了le在zai計ji算suan機ji上shang的de應ying用yong之zhi外wai
，手shou機ji與yu相機也大都使用USB與計算機連接傳輸數據，並利用USB進行充電。

為實現十倍於USB 2.0的傳輸速度
，必須使用更先進的工藝來設計和製造USB 3.0控製芯片，這也造成USB 3.0的控製芯片對靜電放電(ESD)的耐受能力快速下降。此外，當USB 3.0被廣泛用於傳輸影音數據時，對數據傳輸容錯率會有更嚴格的要求，使用額外的保護組件來防止ESD事件對數據傳輸的幹擾變得很有必要。除了傳輸速度的要求之外，USB另一個最重要的特點就是隨插即用
、隨拔即關。但由於在USB傳輸線內部經常會累積靜電，造成在熱插拔動作下必然會有一些ESD現象發生，電子係統經常因此而發生工作異常、甚至造成USB連接端口組件毀壞，像ESD等瞬時噪聲就是來自這個熱插拔動作。

USB3.0連接端口ESD保護組件的要素

ESD保護組件必須同時符合下麵五項要求才適合用在USB3.0端口：

首先，ESD保護組件本身的寄生電容必須小於0.3pF，才不會影響USB3.0高達4.8Gbps的傳輸速率。其次，保護組件的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要求
，在ESD事(shi)件(jian)發(fa)生(sheng)期(qi)間(jian)保(bao)護(hu)組(zu)件(jian)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)夠(gou)低(di)的(de)箝(qian)製(zhi)電(dian)壓(ya)
，不(bu)能(neng)造(zao)成(cheng)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)錯(cuo)誤(wu)或(huo)遺(yi)漏(lou)，甚(shen)至(zhi)造(zao)成(cheng)係(xi)統(tong)產(chan)品(pin)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)損(sun)壞(huai)。第(di)四(si)
，保(bao)護(hu)組(zu)件(jian)動(dong)作(zuo)後(hou)的(de)導(dao)通(tong)阻(zu)值(zhi)必(bi)須(xu)夠(gou)低(di)，這(zhe)樣(yang)，除(chu)了(le)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)箝(qian)製(zhi)電(dian)壓(ya)外(wai)，最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)讓(rang)組(zu)件(jian)在(zai)遭(zao)受(shou)高(gao)能(neng)量(liang)ESD攻擊時仍能保持低箝製電壓，以避免出現保護組件未受損但係統內部電路已無法正常工作甚至損壞的情況。第五，單個芯片即可解決USB 3.0連接端口中所有信號線/電源線的ESD保護需求
，尤其是使用在Micro USB接口時，這將大大降低設計布局的複雜度。

以上五項基本要求缺一不可，若有任何一項無法滿足
，則USB 3.0端口就無法被完善地保護。不過，同時符合以上五項要求的ESD保護組件其本身的設計難度相當高，若非具有豐富經驗與紮實技術的設計團隊將無法實現。

采用AZ1065的USB 3.0 應用ESD保護方案

本文介紹的USB 3.0 應用的ESD保護方案
，采用的是晶焱科技針對USB 3.0的保護需求推出的AZ1065係列ESD保護組件。為了將保護組件的寄生電容對4.8Gbps差動(Differential)信號高速傳輸的影響降至最低

，AZ1065的寄生電容低於0.3pF。在極嚴格的電容要求下
，任一引腳在室溫時仍可承受IEC 61000-4-2接觸模式10kV ESD的攻擊。

最重要是，與相同的寄生電容相比，AZ1065擁有最低的ESD箝製電壓，可有效防止數據傳輸時被ESD事件幹擾
，這樣才能讓具有USB 3.0連接端口的電子係統得以通過Class-A的IEC 61000-4-2係統級靜電放電保護測試。利用傳輸線脈衝係統(TLP)測量AZ1065-06F後，可以觀察到如圖1所示的ESD箝製電壓特性。

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在IEC 61000-4-2接觸模式6kV(TLP電流等效約為17A)的ESD攻擊下，箝製電壓僅有13.4V，足以有效避免係統產品在靜電測試時發生數據錯誤、當機甚至損壞的情況。圖2所示為裝有ESD保護組件AZ1065-06F的USB 3.0端口順利通過5Gbps的眼圖測試結果。

在電子產品日益小型化的發展趨勢下，產品的印刷電路板(PCB)麵積也隨之越來越小
，但對於更多功能的要求使得線路變得更加複雜
，這些都對產品設計布局造成相當大的困擾。

AZ1065係列產品提供了六個極低電容的引腳

，可同時保護USB 3.0的兩組差動對(TX和RX)及USB 2.0的差動對(D+和D-)，具有減小PCB麵積和降低布局複雜度等優點，並可大幅節省係統成本。更特別的是，AZ1065-06F率先采用交錯型的引腳，以便PCB布局時可利用穿透式(Feedthrough)方式實現完美設計
，圖3顯示了AZ1065-06F的接線方式。

這種首創的組件接腳方式可免除繞線時的諸多困擾，不但對簡化產品設計階段的PCB布局工作有相當大的幫助，同時差動信號線的布局也將更為對稱，從而減少信號傳輸錯誤的機會。