目錄

一、USB的發(fā)展歷史及分類

二、什么是USB 2.0、USB 3.0、USB4

三、比較USB 2.0、USB 3.x和USB4的ESD保護(hù)方案

四、USB ESD保護(hù)的案例分析——以晶揚(yáng)電子產(chǎn)品為例

一、USB的發(fā)展歷史及分類

USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）是用于連接計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的一種標(biāo)準(zhǔn)，接口可連接127種外設(shè)，如鼠標(biāo)和鍵盤等。它在20世紀(jì)90年代中期被引入，旨在簡化設(shè)備連接并提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

在科技領(lǐng)域近二十年發(fā)展中，USB承擔(dān)著舉足輕重的作用，比如在傳輸數(shù)據(jù)和電量方面，很大程度上影響著我們的生活。從USB的發(fā)展而言，早在1994年，USB標(biāo)準(zhǔn)最初是由英特爾與微軟公司倡導(dǎo)發(fā)起成立的USB標(biāo)準(zhǔn)化組織（USB-IF）制定的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，即USB。該標(biāo)準(zhǔn)旨在解決日益增多的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾，提供了一種快速且靈活的串行通信接口。在1995年，個(gè)人電腦就已經(jīng)帶有USB接口，由于缺乏軟件及硬件設(shè)備的支持，USB接口都閑置未用。USB技術(shù)自推出以來，經(jīng)歷了多次演進(jìn)和改進(jìn)，從USB 1.0/1.1，USB 2.0，USB 3.x，發(fā)展到現(xiàn)在的USB4，從最初的1.5 Mbps到如今的40 Gbps，顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸速度和設(shè)備兼容性。不同版本和接口類型的USB為用戶提供了多樣化的選擇，滿足了從簡單的設(shè)備連接到高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N需求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，USB的應(yīng)用場景和功能將會(huì)更加廣泛和強(qiáng)大。

1.1 USB協(xié)議的發(fā)展

自從USB 2.0版本的命名標(biāo)準(zhǔn)誕生以來，USB-IF就采用把上一代版本的接口或本代的小版本并入當(dāng)前最新接口標(biāo)準(zhǔn)的方式對USB接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行命名，這種混亂命名方式令消費(fèi)者困擾不已，難以區(qū)分。這種困擾持續(xù)多年，直至2022年，USB-IF對長期以來混亂的命名方式做出了修改，新的命名規(guī)范使用了“USB+傳輸速度”的命名方式。相關(guān)USB的協(xié)議的歷史命名、支持帶寬和傳輸速度如表1所示。USB的傳輸速度單位Gbps（Gigabits per second）表示每秒傳輸?shù)那д妆忍財(cái)?shù)，而MB/s（Megabytes per second）表示表示每秒傳輸?shù)恼鬃止?jié)數(shù)，1 bytes = 8 bits，因此1 Gbps = 125 MB/s.

圖2展示了USB協(xié)議的發(fā)展歷程。圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一個(gè)USB版本，標(biāo)注了其發(fā)布年份和傳輸速度。圖中對對每個(gè)版本的特點(diǎn)進(jìn)行了說明。例如USB 1.0首次引入即插即用和熱插拔概念，USB 2.0大幅提升了傳輸速度，USB 3.0引入了SuperSpeed USB的概念，USB4則整合了Thunderbolt 3協(xié)議并支持更高的傳輸速度。通過這張圖，可以清晰地看到USB協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸速度和技術(shù)功能上的顯著提升。USB協(xié)議的發(fā)展不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸速度，還提高了設(shè)備兼容性和電源管理能力，使得各種外設(shè)的連接更加簡便和高效。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，USB接口仍然在不斷演變，以滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求和設(shè)備互聯(lián)需求。

1.2 USB接口類型的分類

隨著科技迭代發(fā)展，電子設(shè)備的接口類型也在迭代更新中，市場上的接口外形上可分為三大類，分別是USB Type-A、USB Type-B、USB Type-C，而USB Type-A和USB Type-B按體積大小可分為Standard型、Mini型、Micro型。而USB Type-C僅有一種造型。接口類型與圖片見表2所示。

1.2.1 Standard 類型USB接口

如表3所示，Standard USB接口中的Type-A、Type-B根據(jù)支持的USB標(biāo)準(zhǔn)不同，又可以分為USB 2.0和USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。根據(jù)接口的顏色，很容易區(qū)分Type-A與Type-B接口是支持USB 2.0還是支持USB 3.0的。Type-A型接口也是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷腢SB接口，廣泛應(yīng)用于鼠標(biāo)、鍵盤、U盤等設(shè)備上，Type-B型則常用于打印機(jī)、特殊顯示器等設(shè)備上。Type-C型支持的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)則更為先進(jìn)，包含USB 3.1、3.2和USB4，和 Thunderbolt 3協(xié)議，普遍應(yīng)用于新型筆記本電腦、平板電腦、大多數(shù)智能手機(jī)當(dāng)中。

1.2.2 Mini類型USB接口

如表4所示， Mini USB接口是一種小型的USB接口，其指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)USB相同，但是加入了ID針腳(用于區(qū)分設(shè)備是主機(jī)還是外設(shè))，以支持OTG(On The Go，該功能允許在沒有主機(jī)的情況下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送)功能。Mini USB接口由于相對較小的體型，常見于一些小型設(shè)備上，比如MP3、MP4、收音機(jī)等，某些古早型號的手機(jī)也采用了該接口。

1.2.3 Micro類型USB接口

如表5所示，Micro USB接口屬于Mini USB的下一代規(guī)格接口，Micro USB接口的插頭采用了不銹鋼材料，插拔壽命提高為10000次，相比Mini USB接口，在寬度幾乎不變的情況下，高度減半，更為小巧。Micro USB接口也可分為Micro-A和Micro-B兩種，如表5中的圖片所示。在智能手機(jī)發(fā)展的前期，絕大多數(shù)的智能手機(jī)(蘋果手機(jī)除外)都采用了Micro-B型接口作為充電和數(shù)據(jù)接口。在USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，Micro-B接口也有了新的造型，市場上購買的支持USB 3.0的移動(dòng)硬盤盒大部分就采用了該接口。

二、什么是USB 2.0、USB 3.0、USB4

2.1 USB 2.0

USB 2.0（Universal Serial Bus 2.0）是USB標(biāo)準(zhǔn)的第二代，廣泛用于計(jì)算機(jī)及各種外設(shè)的連接，發(fā)布于2000年。USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)由USB Implementers Forum（USB-IF）發(fā)布，旨在解決USB 1.1的速度瓶頸并增強(qiáng)設(shè)備互連性。USB 2.0相比其前代USB 1.1，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，并擴(kuò)展了功能和應(yīng)用范圍。

2.1.1 主要特點(diǎn)

（1）高傳輸速度

傳輸速率：USB 2.0引入了480 Mbps的傳輸速率（High-Speed），是USB 1.1的40倍，支持更快速的數(shù)據(jù)傳輸。

兼容性：向后兼容USB 1.1，支持全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）設(shè)備。

（2）廣泛的設(shè)備支持

多種設(shè)備：支持鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、外置存儲設(shè)備、移動(dòng)電話、便攜式媒體播放器等各種設(shè)備。

即插即用：支持即插即用（Plug and Play）和熱插拔（Hot Swapping），使設(shè)備連接和移除變得簡單方便。

（3）總線供電

供電能力：通過USB總線提供電力，標(biāo)準(zhǔn)供電能力為每個(gè)端口5V、500mA，支持低功耗設(shè)備。

電力管理：支持設(shè)備休眠和電源管理，以節(jié)省能源。

2.1.2 傳輸類型

USB 2.0支持四種傳輸類型，每種類型適用于不同的應(yīng)用場景：

（1）控制傳輸（Control Transfer）：

用于發(fā)送命令和狀態(tài)信息，例如設(shè)備初始化和配置。

應(yīng)用場景：設(shè)備識別和配置。

（2）批量傳輸（Bulk Transfer）：

適用于大數(shù)據(jù)量傳輸，具有錯(cuò)誤重試機(jī)制。

應(yīng)用場景：文件傳輸、打印機(jī)數(shù)據(jù)傳輸。

（3）中斷傳輸（Interrupt Transfer）：

用于小數(shù)據(jù)量的周期性傳輸，保證一定的傳輸速率。

應(yīng)用場景：鍵盤、鼠標(biāo)輸入數(shù)據(jù)傳輸。

（4）等時(shí)傳輸（Isochronous Transfer）：

用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，沒有錯(cuò)誤重試機(jī)制，但保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。

應(yīng)用場景：音頻和視頻流傳輸。

2.1.3 應(yīng)用場景

個(gè)人計(jì)算機(jī)：廣泛應(yīng)用于臺式機(jī)、筆記本電腦、外設(shè)連接。

消費(fèi)電子：用于相機(jī)、MP3播放器、手機(jī)充電和數(shù)據(jù)傳輸。

存儲設(shè)備：外置硬盤、U盤等存儲設(shè)備。

打印和掃描：連接打印機(jī)和掃描儀，提供數(shù)據(jù)傳輸和控制。

2.1.4 優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

（1）優(yōu)勢

高性能：相比USB 1.1，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，支持更多高帶寬設(shè)備。

廣泛兼容：支持大量現(xiàn)有設(shè)備，向后兼容性強(qiáng)。

即插即用：簡化了設(shè)備連接和使用，提高了用戶體驗(yàn)。

（2）挑戰(zhàn)

帶寬限制：盡管USB 2.0速度較高，但對于某些高帶寬應(yīng)用（如高清視頻傳輸）仍顯不足。

功率限制：標(biāo)準(zhǔn)供電能力（5V、500mA）對于某些高功耗設(shè)備不夠。

2.1.5總結(jié)

USB 2.0是一個(gè)具有里程碑意義的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過顯著提升數(shù)據(jù)傳輸速度和擴(kuò)展設(shè)備兼容性，徹底改變了計(jì)算機(jī)和外設(shè)的連接方式。盡管隨著USB 3.0及以上版本的推出，USB 2.0在新設(shè)備中的使用逐漸減少，但其對技術(shù)進(jìn)步和市場影響仍然深遠(yuǎn)，許多設(shè)備和應(yīng)用場景中依然在使用USB 2.0。

2.2 USB 3.0

USB 3.0（Universal Serial Bus 3.0）是USB標(biāo)準(zhǔn)的第三代，發(fā)布于2008年。它在數(shù)據(jù)傳輸速度、電力傳輸和連接性能方面有顯著提升。它繼承了USB 2.0的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了多方面的改進(jìn)。

2.2.1 主要特點(diǎn)

（1）高傳輸速度

傳輸速率：USB 3.0支持高達(dá)5 Gbps的傳輸速率（SuperSpeed），是USB 2.0的十倍，大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率。

全雙工通信：支持全雙工通信，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

（2）更高的電力供給

供電能力：USB 3.0提供更高的電力輸出，每個(gè)端口可以提供900mA的電流，相比USB 2.0的500 mA，有顯著提升。

電力管理：改進(jìn)了電力管理功能，包括更精細(xì)的電源控制和低功耗狀態(tài)。

（3）向后兼容

兼容性：USB 3.0向后兼容USB 2.0和USB 1.1設(shè)備，可以使用相同的USB連接器和電纜。

2.2.2 傳輸類型

USB 3.0支持四種傳輸類型，每種類型適用于不同的應(yīng)用場景：

（1）控制傳輸（Control Transfer）：

用于發(fā)送命令和狀態(tài)信息，如設(shè)備初始化和配置。

應(yīng)用場景：設(shè)備識別和配置。

（2）批量傳輸（Bulk Transfer）：

適用于大數(shù)據(jù)量傳輸，具有錯(cuò)誤重試機(jī)制。

應(yīng)用場景：文件傳輸、打印機(jī)數(shù)據(jù)傳輸。

（3）中斷傳輸（Interrupt Transfer）：

用于小數(shù)據(jù)量的周期性傳輸，保證一定的傳輸速率。

應(yīng)用場景：鍵盤、鼠標(biāo)輸入數(shù)據(jù)傳輸。

（4）等時(shí)傳輸（Isochronous Transfer）：

用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，沒有錯(cuò)誤重試機(jī)制，但保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。

應(yīng)用場景：音頻和視頻流傳輸。

2.2.3 應(yīng)用場景

個(gè)人計(jì)算機(jī)：廣泛應(yīng)用于臺式機(jī)、筆記本電腦、外設(shè)連接。

存儲設(shè)備：外置硬盤、U盤等存儲設(shè)備，可以利用高速傳輸提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

消費(fèi)電子：相機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備的充電和數(shù)據(jù)傳輸。

多媒體設(shè)備：高清視頻攝像機(jī)、高清顯示器等需要高帶寬的設(shè)備。

2.2.4 優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

（1）優(yōu)勢

高性能：提供高達(dá)5 Gbps的傳輸速率，大幅提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

高電力供給：提供更高的電力輸出，支持更多高功耗設(shè)備。

廣泛兼容性：向后兼容USB 2.0和USB 1.1設(shè)備，保持了良好的兼容性。

即插即用：支持即插即用和熱插拔，簡化了設(shè)備連接和使用。

（2）挑戰(zhàn)

成本：實(shí)現(xiàn)USB 3.0的硬件設(shè)計(jì)和制造成本較高，可能影響設(shè)備價(jià)格。

電纜限制：為了保證高速傳輸，電纜長度推薦不超過3米。

2.2.5總結(jié)

USB 3.0通過顯著提升數(shù)據(jù)傳輸速率和電力供給能力，滿足了現(xiàn)代設(shè)備對高帶寬和高功率的需求。它保持了與USB 2.0和USB 1.1的兼容性，同時(shí)提供了更加高效和靈活的連接解決方案。在個(gè)人計(jì)算機(jī)、存儲設(shè)備和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，USB 3.0為用戶帶來了更好的體驗(yàn)和更高的效率。

2.3 USB4

USB4是USB（Universal Serial Bus）協(xié)議的最新版本，旨在提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度、增強(qiáng)的功能和更廣泛的兼容性。USB4標(biāo)準(zhǔn)于2019年由USB Promoter Group發(fā)布，是基于Thunderbolt 3協(xié)議開發(fā)的。它統(tǒng)一了USB和Thunderbolt的規(guī)范，旨在簡化連接器和協(xié)議，提升數(shù)據(jù)傳輸和電源供給能力。

2.3.1 主要特點(diǎn)

（1）高傳輸速度

傳輸速率：USB4支持兩種主要的傳輸速率，20 Gbps和40 Gbps，分別是前代USB 3.2的兩倍和四倍。

對稱傳輸：支持全雙工通信，即可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，提升了數(shù)據(jù)傳輸效率。

（2）多協(xié)議支持

Thunderbolt 3兼容：USB4完全兼容Thunderbolt 3，意味著支持使用同樣的USB-C接口和電纜進(jìn)行連接，并且提供同樣的性能。

DisplayPort和PCIe：支持通過Alt Mode傳輸DisplayPort和PCIe協(xié)議的數(shù)據(jù)，允許視頻輸出和高速數(shù)據(jù)傳輸。

（3）單一連接器

USB-C接口：USB4使用USB-C接口，具有雙向插入的優(yōu)點(diǎn)，簡化了用戶使用體驗(yàn)，并且提供更高的功率傳輸能力。

（4）智能資源分配

動(dòng)態(tài)帶寬分配：USB4能夠根據(jù)連接的設(shè)備動(dòng)態(tài)分配帶寬。例如，當(dāng)連接顯示器和存儲設(shè)備時(shí)，USB4會(huì)智能地分配帶寬，以確保顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴研阅?/p>

（5）兼容性和向下兼容

向后兼容：USB4向后兼容USB 3.x和USB 2.0設(shè)備，但需要注意的是，傳輸速度和功能會(huì)根據(jù)設(shè)備和電纜的規(guī)格有所降低。

兼容性要求：為了確保兼容性，設(shè)備制造商需要遵循USB4規(guī)范，確保設(shè)備能夠與現(xiàn)有的USB和Thunderbolt設(shè)備兼容。

2.3.2 應(yīng)用場景

高性能外設(shè)：USB4適用于高帶寬需求的外設(shè)，如外置顯卡、4K/8K顯示器、高速存儲設(shè)備等。

多功能擴(kuò)展塢：由于USB4支持多協(xié)議傳輸，可以實(shí)現(xiàn)視頻輸出、數(shù)據(jù)傳輸和電力傳輸，通過單一USB-C連接器連接擴(kuò)展塢，為筆記本電腦提供豐富的擴(kuò)展功能。

移動(dòng)設(shè)備：智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備可以通過USB4實(shí)現(xiàn)快速充電和高速數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.3 優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

（1）優(yōu)勢：

高性能：提供高達(dá)40 Gbps的傳輸速率，大幅提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

多功能性：支持多種協(xié)議，允許通過單一接口進(jìn)行數(shù)據(jù)、視頻和電力傳輸。

簡化接口：使用統(tǒng)一的USB-C接口，減少了不同接口類型的混亂，提升了用戶體驗(yàn)。

（2）挑戰(zhàn)：

成本：實(shí)現(xiàn)USB4的硬件設(shè)計(jì)和制造成本較高，可能影響設(shè)備價(jià)格。

生態(tài)系統(tǒng)過渡：從舊版本USB過渡到USB4需要時(shí)間，用戶和制造商需要適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4總結(jié)

USB4是最新一代的USB標(biāo)準(zhǔn)，通過融合Thunderbolt 3的技術(shù)，提供了更高的傳輸速率、更多的功能和更好的兼容性。它通過統(tǒng)一的USB-C接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻和電力傳輸?shù)亩喙δ苄裕瑸楦鞣N設(shè)備提供了高效的連接解決方案。盡管在成本和生態(tài)系統(tǒng)過渡方面面臨挑戰(zhàn)，但USB4代表了未來USB技術(shù)的發(fā)展方向。

三、比較USB 2.0、USB 3.0和USB4的ESD保護(hù)方案

USB接口因其高速傳輸能力（USB 1.1達(dá)到12Mbps，USB 2.0為480Mbps，而USB 3.0高達(dá)5Gbps）、便捷性、支持即插即用、靈活的連接方式以及為設(shè)備獨(dú)立供電等特點(diǎn)，已成為眾多電子產(chǎn)品，特別是消費(fèi)電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置。USB端口不僅能夠傳輸串行數(shù)據(jù)，還能向連接的設(shè)備提供電力。

3.1 USB 2.0 的ESD保護(hù)芯片及方案

針對USB 2.0接口的ESD保護(hù)，市面上有多種型號的保護(hù)芯片可供選擇。以下是一些常見的型號：

1、ESD321：這款ESD保護(hù)二極管用于保護(hù)USB 2.0的D+和D-線路，具有3.6V的反向工作電壓和30/30 kV的IEC 61000-4-2 ESD等級 。

2、ESD441：適用于保護(hù)VBUS線路，具有5.5V的反向工作電壓和30/30 kV的ESD等級，電容為1pF 。

3、TPD4E05U06：這款器件可以同時(shí)處理數(shù)據(jù)線和電力線，工作電壓為5.5V，具有12/15 kV的ESD等級和0.47pF的電容 。

4、NUP4114UPXV6：由安森美半導(dǎo)體生產(chǎn)的低電容瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管陣列，專為USB 2.0高速數(shù)據(jù)線路設(shè)計(jì)，具有0.8pF的極低電容，滿足13 kV接觸放電的IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn) 。

5、NUP2114：適用于不帶ID線路的USB 2.0應(yīng)用，作為NUP4114UPXV6的替代方案。

6、ESD9L 和 ESD9X：可以搭配使用，作為分立方案保護(hù)USB 2.0接口。

7、ESD7L 和 ESD9X：同樣可以作為分立方案使用。

8、ESD11L 和 ESD9X：作為最新的分立方案，用于USB 2.0接口的ESD保護(hù)。

9、NUP3115UP 或 NUP4114UP：作為帶ID線路的USB 2.0應(yīng)用的集成ESD保護(hù)方案。

這些型號的ESD保護(hù)芯片能夠?yàn)閁SB 2.0接口提供有效的靜電放電保護(hù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和設(shè)備的可靠性。在選擇適合的型號時(shí)，需要考慮芯片的電容、響應(yīng)時(shí)間、工作電壓、ESD等級以及封裝尺寸等因素。

圖 3-1 顯示了實(shí)現(xiàn)三個(gè) ESD 保護(hù)二極管的方框圖。這些二極管連接到連接器與電池充電器或 USB 控制器之間的每條數(shù)據(jù)和電力線。上圖中，ESD321 用于保護(hù) D+ 和 D- 線路，ESD441 用于保護(hù) VBUS 線路。還可以選擇使用一個(gè)ESD二極管來保護(hù)數(shù)據(jù)和電力線。建議二極管的工作電壓大于或等于 5V。

3.2 USB 3.0 的ESD保護(hù)芯片及方案

針對USB 3.0接口的ESD保護(hù)，以下是一些常見的ESD保護(hù)芯片型號及其性能參數(shù)：

1、UM5202/UM5204：英聯(lián)半導(dǎo)體推出的ESD保護(hù)器件，符合IEC61000-4-2 Level 4標(biāo)準(zhǔn)，即空氣為±15Kv等級，接觸為±8Kv等級。UM5204是4通道的ESD保護(hù)器件，適用于USB接口以及其他多種接口保護(hù)電路。

2、ESD122：德州儀器(TI)提供的ESD保護(hù)二極管，具有3.6V的反向工作電壓(VRWM)，17/17 kV的IEC 61000-4-2 ESD等級，電容為0.2pF，適用于D+、D-、TX+、TX-、RX+、RX-等線路的保護(hù)。

3、TPD4E02B04：同樣由TI提供，這款ESD保護(hù)器件具有3.6V的反向工作電壓和12/15 kV的ESD等級，電容為0.25pF，適用于4通道的USB 3.0高速數(shù)據(jù)線路保護(hù)。

4、SESD1103Q6UG-0020-090：TE Circuit Protection提供的6通道ESD保護(hù)陣列，用于保護(hù)USB 3.0的六個(gè)信號線，具有低電容和高ESD等級的特性。

5、SEULC0524PA：Semiware推薦的ESD保護(hù)產(chǎn)品，采用DFN2510P10封裝，具有小于0.8pF的低電容，出色的浪涌吸收能力，漏電流小，不含鹵素且符合ROHS及REACH測試標(biāo)準(zhǔn)。

6、SESR05：Semiware的另一款ESD保護(hù)產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝式SOT-143封裝，具有出色的浪涌吸收能力，漏電流小，不含鹵素且符合RoHS及Reach測試標(biāo)準(zhǔn)。

這些型號的ESD保護(hù)芯片能夠?yàn)閁SB 3.0接口提供有效的靜電放電保護(hù)，確保高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和設(shè)備的可靠性。在選擇適合的型號時(shí)，需要考慮芯片的電容、響應(yīng)時(shí)間、工作電壓、ESD等級以及封裝尺寸等因素。

圖 3-2顯示了實(shí)現(xiàn)四個(gè) ESD 保護(hù)二極管的方框圖。這些二極管連接到連接器與電池充電器或 USB 控制器之間的每條數(shù)據(jù)和電力線。ESD321用于保護(hù)D+ 和 D-。TPD4E02B04 用于 TX/RX 線路。還有一些其他選項(xiàng)可以保護(hù) D/TX/RX 線路，例如使用6通道器件，使用多個(gè)2通道器件，甚至使用單通道器件。ESD441 用于保護(hù) VBUS 線路。

3.3 USB 4.0 的ESD保護(hù)芯片及方案

針對USB4.0接口的ESD保護(hù)，以下是一些推薦的ESD保護(hù)芯片型號及其性能參數(shù)：

1、PESD2V8R1BSF：Nexperia推出的業(yè)內(nèi)首款專門針對USB4標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的ESD保護(hù)器件，具有行業(yè)領(lǐng)先的RF性能。該器件采用Nexperia的TrEOS ESD技術(shù)與有源可控硅(SCR)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)極低電容(低至0.1 pF)、極低鉗位電壓（動(dòng)態(tài)電阻低至0.1 Ω）以及非常穩(wěn)健的防浪涌與ESD性能（最高可達(dá)20A 8/20 μs），適用于10 GHz頻率的信號線路，封裝為超低電感SOD962 。

2、AZ5B9S-01F：晶焱科技推出的ESD保護(hù)組件，特別針對USB4接口設(shè)計(jì)。該組件具有極低的寄生電容（低于0.2pF），能夠順利通過40Gbit/s的Eye Diagram測試。此外，AZ5B9S-01F擁有在IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD沖擊下的箝制電壓為4.6V，可以有效避免系統(tǒng)產(chǎn)品在ESD測試時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或損壞。

3、ULC TVS二極管：TDK推出的TVS二極管，專為高速數(shù)據(jù)線如USB4?和Thunderbolt?4端口設(shè)計(jì)，以保障信號完整性。這些TVS元件在正常運(yùn)行期間不會(huì)損害線路上的信號，同時(shí)為ESD瞬態(tài)提供強(qiáng)大的過電壓保護(hù)。

4、TrEOS ESD保護(hù)技術(shù)：Nexperia的TrEOS ESD保護(hù)技術(shù)，適用于高速數(shù)據(jù)線如USB4，提供低插入損耗和低回波損耗，同時(shí)具備低鉗位電壓，保護(hù)敏感的高速數(shù)據(jù)線。

5、TPD1E01B0：德州儀器(TI)提供的ESD保護(hù)二極管，具有3.6V的反向工作電壓(VRWM)，15/17kV的IEC 61000-4-2 ESD等級，電容為0.18pF，適用于D+、D-、TX+、TX-、RX+、RX-等線路的保護(hù)。

選擇適合的ESD保護(hù)芯片時(shí)，需要考慮其射頻性能、電容、鉗位電壓、封裝尺寸以及對信號完整性的影響。USB4.0接口由于其高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦裕瑢SD保護(hù)芯片的性能要求較高，尤其是在電容和信號完整性方面。上述型號的ESD保護(hù)芯片能夠滿足USB4.0接口的保護(hù)需求，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和設(shè)備的可靠性。

對于圖 3-3，TPD1E04B04 用于保護(hù) TX/RX 線路，ESD321 用于 D+ 和 D- 線路，ESD441 用于保護(hù) CC 引腳和 VBUS，ESD341 用于保護(hù) SBU 引腳。有許多選項(xiàng)可以保護(hù) USB Type-C，包括使用多通道器件。

四、針對USB 2.0、USB 3.0和USB4的ESD保護(hù)方案

4.1 USB 2.0

USB 2.0(480Mbps)

4.2 USB 3.x的ESD方案

USB 3.2 Gen 1 (5Gbps)

USB 3.2 Gen 2 (10Gbps)

4.3 USB4的ESD方案

對于USB4高速接口，選擇ESD/EOS保護(hù)組件時(shí)需考慮以下幾點(diǎn)：

（1）為了確保通過USB4傳遞高速信號完整性，選擇該器件時(shí)需使用具有較低電容的ESD保護(hù)組件

（2）具有較高的ESD耐電壓能力，至少要承受IEC 61000-4-2中規(guī)定的8kV接觸放電的ESD沖擊

（3）ESD鉗位電壓是比較重要參數(shù)。較低的鉗位電壓表示更好的保護(hù)性能

為滿足以上要求，晶場電子針對USB4 ESD/EOS推出其產(chǎn)品

TT0321SA TT0201SA

USB 4.0（20Gbps）

深圳市晶揚(yáng)電子有限公司，成立于2006年，系國家高新技術(shù)企業(yè)及專精特新“小巨人”企業(yè)，榮獲多項(xiàng)殊榮如中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)金獎(jiǎng)。作為資深IC設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售及系統(tǒng)集成商，公司擁有豐富的知識產(chǎn)權(quán)與專利，被譽(yù)為“電路與系統(tǒng)保護(hù)專家”。依托中國大陸產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，公司面向全球，匯聚國內(nèi)外頂尖設(shè)計(jì)研發(fā)人才，打造自主知識產(chǎn)權(quán)的集成電路及電子元器件全鏈條體系。

產(chǎn)品涵蓋ESD、TVS、LED顯示驅(qū)動(dòng)、MOS管、電源管理、高精度電壓基準(zhǔn)、霍爾傳感器、OPA、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、接口芯片等模擬及數(shù)模混合IC，廣泛應(yīng)用于電腦、電視、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、智能穿戴、安防、家電、新能源汽車等多個(gè)領(lǐng)域，形成了強(qiáng)大的市場競爭力。

審核編輯 黃宇