USB4接口EOS和ESD保护方案及防护器件选型指南

与传统的USB一样，USB4接口也是即插即用。与之前的版本USB3.2和Thunderbolt3一样，USB4也要通过使用USB Type-C连接器发挥功能。新老电子工程师们都知道，USB Type-C接口根据USB3.x和USB4协议传输数据，经常会受到电气过载(EOS)和静电放电(ESD)事件的影响。由于USB4接口体积更加小巧，内部元器件集成化程度更高，受到静电浪涌危害的可能性会更大。为此，在USB4端口电路设计时，需要选用合适的ESD静电保护二极管为其护航。

对于USB高速接口浪涌静电保护选用ESD静电保护二极管时，东沃电子技术建议需考虑以下几个要素：

▲ ESD静电保护二极管结电容要足够低。由于USB4的数据传输速度高达40Gbit/s，足够低的结电容保护器件才能够确保通过USB4传递高速信号的完整性。

▲ ESD静电保护二极管要具有高ESD耐电压能力，至少要承受IEC 61000-4-2中规定的8kV接触放电的ESD冲击。

▲ ESD静电保护二极管钳位电压要较低，较低的钳位电压具有更好地保护性能。

为满足以上要求，东沃电子针对USB4高速端口浪涌静电问题设计方案并推荐合适型号的ESD静电保护二极管，如下图所示：

 

1）Super Speed USB数据传输线保护用ESD二极管选型

从东沃USB4高速端口浪涌静电防护方案图中可知，为了避免寄生电容限制差分信号在USB4上的传输，东沃电子推出的ESD二极管DW05DGCF-B-E，其寄生电容低至0.2pF，从而能成功通过40 Gbit / s的眼图测试。同时，DW05DGCF-B-E具有较低的钳位电压，能够在直接引脚注入测试中有效地协助USB4接口承受±12kV ESD冲击（接触放电）。小封装DFN-2L的DW05DGCF-B-E主要用于保护USB4上的4个差分对（TX和RX）。

此外，在 USB4 应用中，Rx和Tx 差分线都需要一个交流耦合电容器。这样，主机和连接器之间只有交流信号耦合，没有直流电流可以流过。此外，它还可以存储 ESD 电流，直到在 VBUS 短路的情况下将功率耗散到地。对于Rx 差分线路，应将TVS二极管放置在电容器的收发器侧。TVS二极管放置在发射器和 Tx 线上的交流耦合电容器之间。下图中所示为 DW05DGCF-B-E的连接图，同时保护符合USB4标准的USB Type-C连接器中的 Tx、Rx Super Speed USB 差分线。

 

2）VBUS引脚保护用ESD二极管选型

东沃电子推出的ESD二极管DW24P4N3-S非常适合保护USB Type-C连接器的VBUS引脚。DW24P4N3-S工作电压 24V，可在ESD和浪涌事件期间保护USB-PD控制器。DW24P4N3-S最小击穿电压26V、峰值脉冲电流 (tp=8/20us)150A、符合 IEC 61000-4-2 (ESD)±30kV（空气）、±30kV（接触）瞬态保护，采用 DFN2020-3L 封装，标称尺寸为 2.0 x 2.0mm。

 

3）D+/D- 差分线保护用ESD二极管选型

东沃电子推出的ESD二极管DW05DUCF-B-E非常适合保护D+/D-差分线。DW05DUCF-B-E 是一个5V工作电压的ESD二极管，DFN1006 ( 1 x0.6mm) 封装， 0.5pF低结电容、3A峰值脉冲电流。

 

4）CC、SBU和VCONN引脚保护用ESD二极管选型

东沃电子推出的ESD二极管DW05DPF-B-S是保护CC/VCONN和SBU引脚的专用静电保护器件。根据IEC 61000-4-2 标准，DW05DPF-B-S能够承受±30kV（空气）和 ±30kV（接触）电压范围内的高ESD，工作电压5V、双向、典型结电容为40pF，采用DFN1006-2L ( 1 x0.6mm) 封装。

 

东沃电子推出的高品质ESD静电保护二极管，已为市面上许多带USB4接口的电子设备提供了保护。东沃电子技术设计的USB4高速端口浪涌静电防护解决方案非常适合保护符合USB4规格的USB Type-C 连接器，保证客户在使用其高性能电子设备时安全、便利、流畅！电路保护解决方案找东沃，从此不迷路。