【導(dǎo)讀】USB 3.0的開發(fā)方向，就是更高的傳輸率、提高最大總線功率和設(shè)備電流、提供全新的電源管理功能以及向下兼容 USB2.0。除了過流保護(hù)，USB 3.0對(duì)過壓和ESD保護(hù)的要求也更高。
日前，泰科電子最新推出的一款保護(hù)器件以及有關(guān)USB 3.0在過流、過壓和ESD保護(hù)方面面臨的問題。新器件femtoSMDC016F是0603尺寸的PolySwitch器件，其占板面積不到上一代器件的一半，并且有助于保護(hù)敏感電子電路免受過流及過溫事故的損壞。該器件具有快速動(dòng)作時(shí)間和可復(fù)位功能。femtoSMDC016F器件比其他的表面貼裝器件占板面積都要小，測量尺寸僅為1.6mm x 0.8mm x 0.5mm，提高了空間設(shè)計(jì)靈活性。該器件的額定工作電壓為9V，可提供一個(gè)0.16A的維持電流，以及一個(gè)40A的最大故障電流和4.2歐姆的最大阻抗。董強(qiáng)調(diào)，對(duì)于PTC材料而言，0603尺寸已是目前業(yè)界最小產(chǎn)品，由于采用鎳-錫封裝，femtoSMDC016F器件可焊性極佳。
較之USB 2.0，USB 3.0新增了一條采用新版USB協(xié)議的對(duì)偶單純型數(shù)據(jù)通路的物理總線。董表示，USB 3.0電流傳輸能力的提高對(duì)電路保護(hù)提出更高的要求，而協(xié)同電路保護(hù)手段將有助于過流、過壓和ESD瞬態(tài)受損的保護(hù)。他指出，USB 3.0通過標(biāo)準(zhǔn)主控設(shè)備(A型連接器)和新型供電設(shè)備(Powered-B連接器)供電。新的SuperSpeed規(guī)范提高了流向USB設(shè)備的電流大小，從最大額定電流0.5 A提高至0.9 A。Powered-B連接器可以通過從兩個(gè)額外連接器輸送最高1.0 A的電流來對(duì)設(shè)備充電。由于過流條件會(huì)影響電源總線，因此所有功率源(如主機(jī)和集線器)都需要進(jìn)行過流保護(hù)。
“USB3.0的單裝置負(fù)載從USB 2.0的100 mA提高至150 mA。一臺(tái)電子設(shè)備最多可以拖動(dòng)6臺(tái)裝置，”董說，“這意味著標(biāo)準(zhǔn)連接器和微型連接器每端口最高可至900 mA。”標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0連接器應(yīng)用在USB 3.0中仍然不變，但USB 3.0將不再通過總線供電，而只能通過自有電源供電。由于需要一個(gè)插孔端口對(duì)USB 3.0集線器應(yīng)用中的所有連接器供電，因此該插孔上需要使用電路保護(hù)器件防止因過壓事件受損。“在VBUS上安裝泰科電子PolyZen器件以及在該器件端口上安裝六個(gè)小電容PESD器件，可以幫助實(shí)現(xiàn)協(xié)同的過流/過壓保護(hù)，”董說,“此外，對(duì)于支持USB充電的系統(tǒng)還需要具有大電流能力的過流保護(hù)器件。PolySwitch聚合正溫度系數(shù)(PPTC)器件可以提供過流保護(hù)，有助于防止因設(shè)備下游側(cè)突然短路而造成的過流損傷并降低各種USB應(yīng)用中需要的功率損耗。”
除了過流保護(hù)，USB 3.0對(duì)過壓和ESD保護(hù)的要求也更高。針對(duì)傳統(tǒng)0.5 A端口設(shè)計(jì)的USB過壓保護(hù)器件不適合每端口0.9 A的USB規(guī)范。如果一臺(tái)0.9 A主機(jī)斷開，將產(chǎn)生高感應(yīng)電壓尖峰，這會(huì)對(duì)仍然留在總線上的設(shè)備造成負(fù)面影響。雖然典型USB電源具有5V和±5%的穩(wěn)壓線路，但在特殊情況下，這些線路上的電壓也可能大大超過5.25 V，接口和充電系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生負(fù)電壓，導(dǎo)致未采取保護(hù)措施的外圍設(shè)備受損。
“過壓瞬態(tài)往往是ESD造成的，電源總線和數(shù)據(jù)總線上都可能出現(xiàn)。盡管現(xiàn)代集成電路可以抵御最高2000 V的電壓，但人體本身卻能聚集高達(dá)25000 V的靜電。I/O端口保護(hù)中，數(shù)據(jù)線上需要具有快速鉗位和恢復(fù)響應(yīng)的極低電容ESD器件，”董說。另外，根據(jù)泰科電子的內(nèi)部檢測，熱插拔引起的瞬態(tài)，盡管時(shí)間很短，但電壓幅度卻可能超過16V~24V。在所有USB受電設(shè)備，尤其是VBUS端口上安裝過壓保護(hù)器件可以有效防止因電壓瞬態(tài)而受損。
USB 3.0接口需要比 USB 2.0電容更低的ESD保護(hù)。增加極低電容PESD器件可以減小插入損耗，滿足USB 3.0的眼圖要求。董表示，與多數(shù)傳統(tǒng) MLV(多層變阻器 )或TVS(瞬態(tài)電壓抑制 )二極管技術(shù)相比， PESD器件具有更低的電容，而其低觸發(fā)電壓和低箝位電壓也有助于保護(hù)敏感電子元件。PESD適用于 USB2.0的高速 D+和D-信號(hào)線和 USB 3.0的SuperSpeed信號(hào)線。
