USB4是什么 为什么总是被静电干扰？和合适的静电放电装置

近年来，各种品牌的电脑和手机都进入了携带USB-C接口的行列。这对厂商和用户来说无疑是天大的好消息！据了解，USB4协议将在雷电3协议的基础上开发，这将大大增加USB-C接口的兼容性。按照USB4的标准，统治了几十年的A型可能正在消失。虽然USB4可能不会来得这么快，但预计在未来五年内会登陆PC，届时更方便的C型会广泛出现在产品上，A型会慢慢消失。事实上，从传输速率来看，USB4将满足未来5G的需求。众所周知，5G在传输和运营商业务上会有很大的进步。这个USB4显然会适合5G网络，USB4控制器必须采用先进的半导体制造技术制造。然而，这也导致静电放电容限的显著降低。

什么是USB4？

USB4内置于USB C型的物理接口中.除了将最大数据速率提高到40千兆位/秒之外，USB-C PD还可以为高达100瓦的设备快速充电.在不久的将来，USB Type-C将很快成为大多数消费电子产品(如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑和智能手机)的主流接口。

USB4总受静电干扰

和传统USB一样，USB4端口也是可见的，用户可以自由连接和断开设备与系统的连接。最常见的应用是即插即用。但是热插拔操作通常是导致电子系统崩溃的原因，甚至USB Type-C控制器损坏，因为这样的事件可能会导致意外的噪声瞬态，比如ESD。在热插拔中，作为接口端口火线的火线信号线在与系统接触时会放电。这种由热插拔触发的放电(通常称为“直接放电”)与静电放电是一样的，会严重损坏系统。在系统级静电放电测试中，

在系统级静电放电测试中，一些品牌制造商甚至规定，除IEC 61000-4-2标准外，其产品上安装的USB型连接器应通过直接引脚注入测试，以通过8 kV接触放电的静电放电影响。所以在USB Type-C接口上使用ESD保护，防止ESD造成的数据传输干扰是绝对必要的。

电子产品已经迅速到达世界的每个角落。然而，许多地区薄弱的基础设施和极端天气事件增加了EOS(过度电应力)激增造成电子设备损坏的可能性，导致报告收入大幅增加。IEC 61000-4-5已被用作模拟由电源干扰、电源线噪音或热插拔引起的状态方程事件的国际测试标准。电压波形为1.2/50s，电流波形为8/20 s，除了直接放电作为内部静电放电测试方法外，一些品牌制造商还包括EOS浪涌测试方法。

对于USB4等高速接口，在选择静电放电/静电放电保护组件时，应考虑以下几点：

1.为了确保通过USB4传输的高速信号的完整性，在选择该器件时需要使用寄生电容低的静电放电保护元件。建议寄生电容低于0.2pF。

2.选择抗静电放电电压高的保护元件，该元件必须至少能承受IEC 61000-4-2规定的8kV接触放电的静电放电影响。

3.静电放电箝位电压是一个重要参数。更低的箝位电压意味着更好的保护性能。这意味着将静电放电能量箝位到较低的电压，以防止对系统内部电路的干扰或损坏。这使得箝位电压成为定义静电放电保护元件效率的最重要参数。

4.USB PD充电技术支持5V、9V、15V、20V四种电压等级。但是，频繁热插拔电源容易导致静电放电/静电放电静电浪涌事件，因此有必要优化外部浪涌的静电放电/静电放电保护解决方案。

适合USB4的ESD器件

根据客户的要求，毛蕾电子开发了静电放电，并推出了ULC0511CDN，特别是USB4。为防止寄生电容限制差分信号在USB4上的传输，ULC0511CDN的寄生电容低于0.2pF，从而成功通过40 Gbit/s的眼图测试.最好的部分是ULC0511CDN具有极低的ESD钳位电压，可以有效辅助USB4接口承受直接引脚注入测试中的8 kV ESD冲击(接触放电)。根据TLP测得的ULC0511CDN的电流-电压曲线，在IEC 61000-4-2规定的8kV接触放电的ESD冲击下，箝位电压很低(等效TLP电流约16A)，可以有效避免数据误差。

随着电子产品越来越轻、越来越薄、越来越小的发展趋势，印刷电路板也在不断缩小。在功能强大的要求下，小型印刷电路板上的电路布局变得更加复杂和困难，增加了产品设计的挑战。超小封装DFN1006的ULC0511CDN尺寸只有1.0mm x 0.6mm，主要用于保护USB4上的四个差分对(TX和RX)。此外，使用单个ULC3344P8可以保护剩余的信号线(D/D-/CC/SBU)。特别是ULC3344P8的引脚交错排列，便于在PCB布局上进行穿通设计，避免布线困难。它不仅可以在设计阶段加快PCB布局设计过程，还可以最小化PCB尺寸，降低系统成本。该接口还提供快速充电。工程师可能只需要从电源端口上的SD0571P6W和SMDA05CCN中选择适当的EOS组件作为保护，以完美保护接口免受静电放电/EOS事件的影响。

下图为USB4接口完整布线的ESD/EOS保护解决方案。

编辑：林恩