上海雷卯推出USB4接口的靜電浪涌保護(hù)方案

一、 USB4技術(shù)性能特點(diǎn)

USB4是USB3.2 的后繼版本,是最新的USB規(guī)范。USB4是通信協(xié)議，采用的硬件接口是USB Type-C 接口，USB Type-C 端口根據(jù) USB3.x 和 USB4 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。它的接口標(biāo)準(zhǔn)是由 USB Promoter Group 制定的，主要規(guī)范了USB4 接口的電氣特性、機(jī)械特性、協(xié)議規(guī)范等內(nèi)容。以下是 USB4 一些主要特點(diǎn)：

? 數(shù)據(jù)傳輸速度：USB4 接口支持高達(dá) 40Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速度，是 USB3.2 接口的兩倍。

? 供電能力：USB4 接口的供電能力最高可達(dá) 100W，可以滿(mǎn)足高性能設(shè)備的供電需求。

? 接口類(lèi)型：USB4 接口采用 USB Type-C 接口，可以正反插拔，方便使用。

? 兼容性：USB4 接口向下兼容 USB3.2、USB2.0 和 USB1.1 設(shè)備，可以與多種設(shè)備兼容。

? 協(xié)議支持：USB4 接口支持多種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，包括 USB3.2、雷電3、DisplayPort 等。

? 視頻傳輸：USB4 接口支持高達(dá) 8K 的視頻傳輸，可以滿(mǎn)足高分辨率視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

總的來(lái)說(shuō)，USB4 一種非常先進(jìn)的 USB規(guī)范，它為用戶(hù)提供了更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更高的供電能力和更廣泛的兼容性。

但這種 USB4 硬件接口USB Type-C 經(jīng)常會(huì)受到靜電放電 (ESD)/EOS 事件的影響，為什么呢？

二、 USB4 硬件接口USB Type-C 遭受ESD/EOS 原因

? USB Type-C 接口比較小巧，且其金屬觸點(diǎn)之間的距離較小，這使得它們更容易受到靜電放電的影響。

? USB Type-C 接口通常用于連接各種電子設(shè)備，這些設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生不同的靜電放電，從而影響接口的正常工作。

? 人體是常見(jiàn)的靜電源，當(dāng)我們觸摸 USB Type-C 接口時(shí)，可能會(huì)將身上的靜電荷傳遞到接口上，引發(fā) ESD 危害。

? 熱插拔或充電，沒(méi)有做好浪涌防護(hù)會(huì)造成EOS事件發(fā)生。

為了減少 USB Type-C 接口的 ESD 危害，可以采取一些防護(hù)措施，上海雷卯推出USB4的ESD防護(hù)方案。在這之前我們需要先了解 USB4 接口傳輸哪些信號(hào)， 對(duì)這些信號(hào)做好適合的靜電防護(hù)需要考慮哪些因素。

三、 USB4 接口信號(hào)有哪些

USB4接口(USB Type-C )標(biāo)準(zhǔn)中共24個(gè)引腳，其中（Tx1+、Tx1-、Rx1+、Rx1-）四個(gè)引腳兩個(gè)差分對(duì)，組成一個(gè)通道，另外四個(gè)引腳（Tx2+、Tx2-、Rx2+ Rx2-）組成第二個(gè)通道。數(shù)據(jù)在兩組四個(gè)雙向引腳對(duì)之間傳輸。這種雙通道配置以每通道 20Gbps 的速度傳輸數(shù)據(jù)，在使用兩個(gè)通道時(shí)速度可達(dá) 40Gbps。又因 USB Type-C 插頭尺寸小及其引腳的緊密排布，管腳配置如上圖所示，所以推薦用小尺寸分立ESD(TVS)做保護(hù)，以下一一介紹接口中每一種信號(hào)作用，及保護(hù)方法。

1. 超高速TX+ ,TX- ,RX+, RX- 差分線

高速差分信號(hào)線，支持高達(dá) 40Gbps 的超高速 USB 接口和交替模式的數(shù)據(jù)傳輸，分辨率高達(dá) 8K (7680 x 4320)，刷新率為 60Hz。由于接口試圖在傳輸大量?jī)?nèi)容時(shí)仍保持極高速度，因此選擇合適的 ESD（TVS) 防護(hù)器件至關(guān)重要。上海雷卯推薦用低結(jié)電容0.2PF，小體積DFN0603方便布線,帶回掃，低鉗位電壓ULC0321S做靜電保護(hù)，確保信號(hào)完整性。

2. D+/D- 差分線

用于 USB 2.0 接口，D+ 和 D- 引腳數(shù)據(jù)速率 480Mbps，這對(duì)差分線上的電壓正常為5V，考慮線速推薦采用ULC0521C，低結(jié)電容0.3PF , 小體積DFN0603,方便布線。

3. VBUS

VBUS：電源線，用于傳輸供電?？紤]使用USB-PD滿(mǎn)足充電，推薦采用大功率ESD(TVS) SMDA24TN做靜電浪涌防護(hù), 封裝為DFN1610-2 ，峰值電流30A,功率1650W。

4. CC、SBU

CC1、CC2：通信通道，用于識(shí)別連接設(shè)備和確定功率方向。

SBU1、SBU2：輔助通道，可用于支持高速數(shù)據(jù)或其他功能。

CC/ SBU 引腳緊挨著 VBUS 引腳。使用 USB-PD 的話，VBUS 引腳電壓可以達(dá)到 20V，這樣，CC/SBU引腳容易短路到20V, 為了避免損壞，這兩個(gè)引腳推薦24V ESD（TVS) 進(jìn)行保護(hù)：ULC2421。

做好以上這些信號(hào)保護(hù)，USB4 將免于發(fā)生一些靜電浪涌事件。

四、 USB4 接口靜電浪涌保護(hù)方案

方案優(yōu)點(diǎn)：USB4 接口支持高達(dá) 40Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速度，本方案采用低結(jié)電容0.2PF,小體積DFN0603封裝,帶回掃分立器件做ESD/EOS防護(hù)方案, 方便布線，確保信號(hào)完整性，可濾除雜訊，滿(mǎn)足IEC61000-4-2（等級(jí)4）。以下是接口保護(hù)方案圖

審核編輯 黃宇