USB接口的静电和浪涌保护

USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，它是一种常见的外部总线标准，用于规范计算机与其他电子设备之间的连接与通信。USB技术使得数据传输变得更加简单快捷，并且支持即插即用功能，也就是说，用户可以在电脑运行时连接或断开USB设备，无需重启电脑或进行复杂的设置。

随着技术演进，从最初的USB 1.x到USB 2.0、USB 3.x、USB 3.2、USB4以及现在的USB4和USB Type-C，传输速度和电力管理能力显著提升，满足了现代设备对于高速数据交换和高效充电的需求。

静电放电（ESD）和电涌（Surge）是USB接口面临的常见威胁。静电浪涌不仅会直接损坏硬件，还可能引起数据传输中断或降低设备的整体性能。

为了确保USB接口的稳定性和安全性，设计中必须包含有效的防护措施。常见的防护组件包括ESD二极管和瞬态电压抑制器（TVS）。ESD二极管能在检测到过高电压时迅速响应，将多余电荷导向地线，避免敏感电路受损。TVS二极管则能在电涌发生时吸收并限制瞬态电压，保护电路不受伤害。此外，低结电容ESD保护器件常用于高速数据线，以最小化对信号质量的影响，而气体放电管（GDT）则适用于处理高能量电涌，作为第一级防护，有效泄放大量能量。

上海雷卯拥有先进设备与专业团队，可根据IEC61000-4-2和IEC61000-4-5的测试标准及产品本身的抗静电需求为客户提供相关推荐方案。如下是雷卯关于USB静电浪涌保护的方案简述：

1.1.1：USB2.0 静电保护方案

方案优点：USB2.0提供500Mbps的传输速度，雷卯采用单颗器件防护,节约空间，保证信号完整性，SR05 满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电20kV，空气放电20kV。SR05W 满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电30kV，空气放电30kV,性能提高了7倍，保证工业客户的各种电气干扰。如对Vbus有过流要求，需配PTC保护。

1.1.2 USB2.0 静电保护方案(2)

方案优点：USB2.0提供500Mbps的传输速度，雷卯采用单颗器件防护,节约空间， 保证信号完整性，USBLC6-2SC6 的1脚和6脚之间相通，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电25kV，空气放电30kV，保证工业客户的各种电气干扰。如对Vbus有过流要求，需配PTC保护。

1.2 双USB2.0 静电保护方案

方案优点：USB2.0提供500Mbps的传输速度，雷卯采用单颗器件防护2个USB,节约空间， 保证信号完整性，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8kV，空气放电15kV

如对Vbus有过流要求，需配PTC保护。

1.3 USB3.0/TYPE-C 静电保护方案

方案优点：USB3.0提供5.0Gbps的传输速度，雷卯采用单颗器件防护,节约空间， 保证信号完整性，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8kV，空气放电15kV

1.4 USB3.0/TYPE-C 静电保护方案

方案优点：USB3.0提供5.0Gbps的传输速度，雷卯采用分立器件防护,保证信号完整性 满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8kV，空气放电15kV。

1.5 手机USB端口静电浪涌保护方案

方案优点：雷卯采用2级防护,节约空间，提供大浪涌器件前级保护,适合国际市场。 后级采用DFN1006-3双路器件防静电，满足IEC61000-4-2，接触放电 30kV，空气放电30kV。

1.6 USB带快充静电保护电压5V 12V 36V

方案优点：USB2.0提供500Mbps的传输速度，雷卯采用单颗器件防护,节约空间， 保证信号完整性，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电20kV，空气放电25kV

针对快充电压5V/12V/36V都有对应器件。

1.7 USB3.0/TYPE-C 静电滤波保护方案

方案优点：USB3.0提供5.0Gbps的传输速度，雷卯采用多路集成器件防护, 可节约空间，可保证信号完整性，可滤除杂讯，满足IEC61000-4-2（等级4），接触放电25kV，空气放电25kV 。

1.8 USB3.1 第二代接口的静电保护方案

USB 3.1 第 2代集成了 Tx/Rx 差分线，速度高达 10 Gbps。为在这些速度下，静电放电保护的 电容必须被最小化，以保持信号的完整性。

解决方案:ESD 解决方案的 Tx/Rx 线的 USB 3.1 Gen 2 应该有一个 0.3 pF 或更低的电容具有 信号完整性目的，工作电压为>3.6 V。一种解决方案是 4 通道 ESD 设备超低电容的数据线 (Tx,Rx)， 结合低电容的 2 通道 ESD 设备用于 D+/D -和 VBUS 线路的单通道 ESD 设备。

1.9 USB2.0-USB3.1 接口的静电保护方案

背景：USB接口从2.0到现在的3.1 Gen 2,数据速率从480Mbps 到 10Gbps，数据速率越来越高，因此对于静电放电保护器件的电容要求越来越小，以保持信号的完整性。

解决方案: USB 3.1 Gen 2的 Tx/Rx 线ESD 应该电容为0.5 pF 或更低，工作电压为>3.6 V。下面这种解决方案是一颗 3 通道 ESD ，超低电容（0.25PF)。

此颗ESD 保护USB连接器的四个管脚（VCC、D-、D+和Gnd），因此电源和数据线都有得到保护。对于USB3.1 Gen 2可以使用三颗，对于USB2.0可以使用一颗

1.10 USB-PD快充电源静电浪涌保护方案

PD的全名叫做USB Power Delivery Specification，是USB的标准化组织推出的一个快速充电的标准。

USB-PD 标准支持通过兼容的 USB 电缆向系统提供功率高达 240W。

VBUS 引脚常用电压有12V、15V 、24V。

雷卯采用leiditech 封装 DFN2020-3 (2mm x 2mm)系列小体积大功率为快充提供保护方案。

1.11 USB4 高速接口静电浪涌保护方案

方案优点：USB4 接口支持高达 40Gbps 的数据传输速度，雷卯采用低结电容0.2PF,小体积DFN0603封装,带回扫分立器件做ESD防护方案, 方便布线，确保信号完整性，可滤除杂讯，满足IEC61000-4-2（等级4）。

雷卯有详细的方案布线图，和推荐型号参数。请联系雷卯EMC小哥索要。

雷卯主要提供防静电TVS/ESD以及相关EMC元器件（放电管TSS/GDT、稳压管ZENER、压敏电阻MOV、整流二极管RECTIFIER、自恢复保险丝PPTC、场效应管MOSFET、电感）。

雷卯围绕EMC电磁兼容服务客户，自建免费实验室为客户测试静电ESD（30KV）、群脉冲EFT(4KV)、浪涌（8/20，10/700 10/1000）、汽车抛负载（7637 5a/5b）和元器件的性能测试等。Leiditech紧跟国内外技术更新脉搏，不断创新EMC保护方案和相关器件，目标方向为小封装，大功率，为国产化替代提供可信赖方案和元器件。

审核编辑 黄宇