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新一代USB介面之ESD保護設計2015/05/20

 

自各項外接設備與電腦之間採用通用串列匯流排 (Universal Serial Bus, USB) 來傳輸資料,USB 介面已成為每台電腦不可或缺的接口。隨著個人手持裝置如智慧型手機、平板電腦等興起,USB的應用也更加的廣泛。由於擁有更大的頻寬可傳輸大量的資料,USB3.1高速傳輸介面應用即將漸漸取代前一代規格的傳輸介面,USB3.1 Super Speed Gen 2 支援高達 10Gbps 的傳輸速度。此外,為了能夠支援正反插以及提供更大的充電能力,USB Type-C 以及 USB Power Delivery 的規格也應蘊而生,支援高達100瓦(20V/5A)的充電能力。
隨著半導體製程技術的進步,USB控制晶片可藉由降低操作電壓,達到低功耗、高速傳輸的需求,使電子產品更省電、效能更佳。然而,由於操作電壓的降低,在電子產品遭受ESD衝擊時晶片更容易導通而遭到ESD的損毀。針對USB3.1介面,ESD保護元件在ESD事件發生期間所提供的導通電壓與箝制電壓必須要夠低,除了提供受保護電路免於遭受靜電放電的衝擊而造成永久的損傷,還要能確保訊號傳輸不會受到ESD的干擾。另外,ESD保護元件本身的寄生電容也要夠低避免影響信號正常傳輸。而在支援充電的VBUS端更要能夠承受大能量的雷擊耐受度以避免EOS (Electrical Over Stress)的發生。
晶焱科技擁有先進的ESD/EOS防護設計技術,針對USB Type-C介面提供最完整的ESD解決方案。針對高速Tx/Rx訊號,晶焱科技推出AZ1043-08F,提供低電容、低箝制電壓、以及高ESD耐受度的防護元件,其ESD耐受度達12kV,寄生電容僅0.5pF,更提供5A之雷擊耐受能力。針對D+/D-/SBU/CC等訊號,晶焱科技推出AZ5425-08F,雙向的防護元件設計能夠傳輸負電壓訊號,適合D+/D-同時傳輸類比音訊信號的應用,並且同樣提供低箝制電壓、高ESD耐受度的防護能力,其ESD耐受度達15kV,提供5A之雷擊耐受能力。為符合電子產品輕薄小巧、易於攜帶的需求,AZ1043-08F與AZ5425-08F皆採用DFN3810P9E的封裝,分別提供8個channels的保護,並且PCB layout可輕易的以flow-through的方式走線,以達到在PCB設計上兼具高聚集度及高度彈性的優勢,其封裝與腳位如圖一所示。另外,針對5V VBUS端,晶焱科技推出AZ5825-01F,提供IEC61000-4-5雷擊防護的功能,其雷擊耐受電流達18A,可有效避免VBUS端EOS問題。AZ5825-01F採用DFN1006P2E (0402)的封裝,同樣非常易於PCB設計。圖二為USB Type-C介面ESD防護設計之PCB走線示意圖。
隨著消費者對電子產品的使用品質要求越來越高,系統操作電壓越來越低,傳輸速度越來越快,ESD保護元件的導通電壓與箝制電壓以及寄生電容也需要設計得越來越低,並且需提供更高之EOS防護能力。晶焱科技將持續發展更先進的防護設計技術來滿足這些需求。
 

 

 

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