確保USB3.0電路可靠性 選對PTC/ESD方案是關(guān)鍵

　　圖2 USB 3.0多埠集線器配置架構(gòu)圖

　　在選擇PTC做為USB埠保護(hù)時，還須考慮幾個關(guān)鍵參數(shù)，包括最大電流須支援900毫安培、PTC位置的工作溫度、觸發(fā)速度和直流電阻等。表1中所有PTC都能保護(hù)最大電流為900毫安培的USB 3.0埠，就算最高工作溫達(dá)60℃也不會跳閘。

　　由于溫度變化急劇可能使PTC的觸發(fā)速率下降，所以這也是PTC選擇過程中的一個重要方面，設(shè)計(jì)師選擇PTC時應(yīng)考慮不相容的USB 3.0設(shè)備，且負(fù)載900毫安培電流的情況，使PTC在最高工作溫度下有超過900毫安培的最大可用電流，否則，PTC可能會錯誤觸發(fā)。

　　每個PTC也要在電流8安培的時候，以小于5秒的速度進(jìn)行短路故障觸發(fā)，因此符合UL60950-1有限電源規(guī)范以及把USB 3.0規(guī)范中電流限制在5安培是很重要的。

　　選擇最合適的PTC最后的關(guān)鍵參數(shù)是直流電阻。由于USB 3.0現(xiàn)在提供最大電流為900毫安培，所以電路中的功耗須進(jìn)一步降低，此外，電源匯流排兩端元件的電壓降也須縮小，特別當(dāng)是該電路電阻預(yù)算很吃緊的時候。

　　整體而言，選擇PTC的主要目標(biāo)是確保電流設(shè)備在最高溫度下能承受至少900毫安培電流。以設(shè)定60℃為最糟糕的設(shè)計(jì)溫度情況為例，單埠應(yīng)用應(yīng)選擇最小尺寸且可支持最大所需電流0.95安培的方案，如表1中的第一個方案。若使用一個PTC保護(hù)兩個USB 3.0埠，表1中第三個方案是一個不錯的選擇，因?yàn)樗?0℃時可保持2.19安培電流，滿足各方面的安全考慮。

增強(qiáng)USB 3.0電路保護(hù)　外掛ESD元件勢在必行

　　USB 3.0增加的資料線因提供更多電氣瞬變的可能入口通道，也將承受更大的ESD威脅。盡管現(xiàn)代晶片往往都有受到一定程度的ESD自我保護(hù)功能（通常在500~2kV的范圍內(nèi)），但對USB 3.0電路而言仍是不足的，因此須導(dǎo)入額外的ESD保護(hù)元件。

　　靜電防護(hù)水準(zhǔn)的等級系根據(jù)有1，500歐姆（Ω）放電電阻的MIL-STD HBM模型分級。MIL-STD模型中，以一個2kV的脈沖相當(dāng)于有著330歐姆放電電阻，且電壓為500伏特的IEC 61000-4-2模型為基礎(chǔ)（圖3），目前人體放電模式（HBM）可用脈沖在相同的瞬態(tài)電壓是IEC模型可用的四分之一。發(fā)生靜電放電事故時，電壓往往高達(dá)15kV甚至更高，將導(dǎo)致軟體故障、電路潛在損害或?yàn)?zāi)難性故障，因此，額外的ESD保護(hù)是提高現(xiàn)代介面埠生存能力的必要條件。

　　圖3 IEC 61000-4-2 ESD電流波形

　　為確定外部ESD事故預(yù)防系統(tǒng)，業(yè)界已開發(fā)出幾個測試標(biāo)準(zhǔn)，其中，IEC 61000-4-2條款受到最廣泛的認(rèn)可；該標(biāo)準(zhǔn)定義ESD在不同的環(huán)境和安裝條件中的測試規(guī)范，如今的USB 3.0埠在此規(guī)范下，須承受至少8kV接觸放電，達(dá)到IEC 61000-4-2條款第四級的要求。

　　USB 3.0擁有更高的資料速率，就特別須要注意元件的電流容量以保護(hù)電路，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇ESD保護(hù)元件時也須留意許多重要參數(shù)，包括動態(tài)電阻、箝位元電壓、擊穿電壓、寄生電容、最大ESD能力、多脈沖能力、封裝形狀、關(guān)斷狀態(tài)的阻抗或泄漏電流、設(shè)備電路配置和布局的靈活性等。

　　現(xiàn)階段，市場上有幾種不同的防靜電抑制技術(shù)，