基于USB接口的保护设计方案解析

图 1:具有静电放电保护功能的双端口USB端口

单通道保护元件(如 WE-VE 系列静电放电抑制器)必须始终连接在信号线与地之间。不必使用小电容的静电放电抑制器来保护电源,普通的 SMD 变阻器就足够了。它可以吸收较高的能量和较高的电流,因此是设计的第一选择(图 2)。

基于USB接口的保护设计方案解析

图 2:与屏蔽数据线不同,电源端不必使用小电容的静电放电抑制器

针对 USB 端口的推荐 Layout

从图 3 可以明显看出,有两条差分信号线(D+和 D-)从插头连接器连接到 TVS 二极管,再通过电流补偿式数据线扼流圈连接到 USB 控制器。这样能够得到出色的静电放电保护功能,并能良好的抑制数据线对。VBUS 通过 TVS 二极管路由到贴片磁珠。在贴片磁珠之后,可以插入额外的电容和另一个贴片磁珠来实现最大可能的 PI 滤波器衰减。

基于USB接口的保护设计方案解析

图 3:USB 端口保护

在非常敏感的 IC 和 / 或高可靠性开发案例中,通过两次连接 TVS 二极管引脚可以实现最优的静电放电保护效果(图 4)。

基于USB接口的保护设计方案解析

图 4:USB 端口的双重保护

希望采用单通道保护元件的开发人员可以使用 WE-VE 系列静电放电抑制器。这些抑制器总是必须从 D+/D- 连接到地。还要连接其它一些元件,如图 5 所示。

基于USB接口的保护设计方案解析

图 5:采用单通道元件的保护机制

保护元件的选择

静电放电(ESD)保护的定义为:依照 EN 61000-4-2 标准防止 ESD 脉冲,依照 EN 61000-4-5 防止浪涌脉冲,以及依照 EN 61000-4-4 防止突发(EFT)脉冲。瞬态电压抑制器(TVS)二极管必须满足这些功能。重要的是:为了保护诸如 USB 等快速数据线受到过压的破坏,应该使用具有低电容特性的 TVS 和陶瓷 ESD 抑制器,以免 USB 信号发生失真。基于这个原因,Würth Elektronik eiSos 公司开发出了专门在这方面作了优化的元件,并且在数据线上是不可见的。TVS 二极管的电容值不到 1pF,电容值最高 0.2pF 的陶瓷 ESD 抑制器是保护 USB 端口的理想选择。

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