USB接口的ESD防护方案
引言：采用usb协议的接口多种多样，包括usb a、micro usb、type c、雷雳等等，无论外在接口形态如何变化，协议一致的情况下，其esd防护方案也是相同的。
1. usb2.0/usb otg
usb 2.0是电子系统中的主流接口，也是微控制器中最常见的接口之一，usb 2.0标准的最大信令速率为480mbit/s，有效吞吐量高达35mbyte/s或280mbit/s。usb2.0的信号线标称电压摆幅为400mv至-400mv，而信号的最大电压为±475mv，作为在无转换发生时的情况，转换时的电压限制为±525mv，为过冲和欠冲留出了一些空间。
图6-1显示了基本的保护设置，usb 2.0连接器有四个引脚：vbus用于电源，d+和d-用于差分数据信号，以及一个接地引脚。vbus引脚将导通一个5v直流电源，因此这条线上的电容无关紧要，d+和d-数据线将传递480mbps差分信号。
图6-1：usb 2.0的esdf防护
vbus线路需要至少具有5v工作电压的esd保护，以确保在正常操作中不会发生击穿，d+和d-数据线路需要低电容esd保护，可支持480mbps信号，单通道和双通道设备是简化布线的好解决方案。对于usb2.0，推荐表6-1：
表6-1：usb2.0的esd/tvs diode选型参数参考
2. 高数据速率：usb 3.1/3.2
usb 3.1标准的信号传输速度高达10gbit/s，全双工通信，超高速与可控阻抗路由相结合，需要在不显著影响整体信号完整性的情况下实现良好的esd保护。图6-2显示了基本的保护设置，对于usb 3.1，需要出色的箝位性能，加上超低且匹配良好的电容。
图6-2：usb3.1的esd防护结构
usb 3.1/2结合了tx/rx差分线路，以达到10gbps的速度，对于这些速度，esd保护的电容必须最小化，以保持信号完整性。
用于usb 3.2 gen 2的tx/rx线路的esd解决方案应具有0.3pf或更低的电容，以实现信号完整性，且工作电压大于3.6v。一种解决方案是用于数据线（tx、rx）的超低电容的4通道esd设备，结合用于d+/d的低电容的2通道esd设备和用于vbus线路的单通道esd设备。对于usb3.0~，推荐表6-2：
表6-2：usb3.0~的esd/tvs diode选型参数参考
*3.type c
usb类型ctm有一个24针连接器，可支持usb 3.1 gen2、displayport、hdmi和多种其他可选模式，有16个引脚需要esd保护。由于usb 3.1 gen3的super speed usb线（tx1+、tx1-、rx1+、rx1-、tx2+、tx2-、rx2+和rx2-）的速度可达10gbps，电容必须最小化，usb2.0线（d+顶部、d+底部、d–顶部和d–底部）也需要低电容。cc1、cc2和sbu1、sbu2 c型引脚可以达到5.5v，虽然不需要低电容，但建议用于使用备用模式的应用。
***图6-3：type c的esd防护结构
usb type-c连接器引脚尺寸较小，板空间非常有限，因此对于c型usb中的所有高速数据线，建议使用具有超低电容的节省空间的2通道esd设备。对于sbu和cc线路，建议使用5v esd设备，以简化到pd或cc控制器的布线，如果首选，也可以使用4通道，如图6-3所示。
*4.高数据速率：esata
esata标准是sata的一种变体，用于外部连接，如图6-4所示，建议esata采用esd保护，一般usb3.0的esd保护可以覆盖到esata。
图6-4：esata的esd防护结构
对于usb3.0，推荐 表6-3：
表6-3：esata的esd/tvs diode选型参数参考
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图6-1显示了基本的保护设置，usb 2.0连接器有四个引脚：vbus用于电源，d+和d-用于差分数据信号，以及一个接地引脚。vbus引脚将导通一个5v直流电源，因此这条线上的电容无关紧要，d+和d-数据线将传递480mbps差分信号。
图6-1：usb 2.0的esdf防护
vbus线路需要至少具有5v工作电压的esd保护，以确保在正常操作中不会发生击穿，d+和d-数据线路需要低电容esd保护，可支持480mbps信号，单通道和双通道设备是简化布线的好解决方案。对于usb2.0，推荐表6-1：
表6-1：usb2.0的esd/tvs diode选型参数参考
2. 高数据速率：usb 3.1/3.2
usb 3.1标准的信号传输速度高达10gbit/s，全双工通信，超高速与可控阻抗路由相结合，需要在不显著影响整体信号完整性的情况下实现良好的esd保护。图6-2显示了基本的保护设置，对于usb 3.1，需要出色的箝位性能，加上超低且匹配良好的电容。
图6-2：usb3.1的esd防护结构
usb 3.1/2结合了tx/rx差分线路，以达到10gbps的速度，对于这些速度，esd保护的电容必须最小化，以保持信号完整性。
用于usb 3.2 gen 2的tx/rx线路的esd解决方案应具有0.3pf或更低的电容，以实现信号完整性，且工作电压大于3.6v。一种解决方案是用于数据线（tx、rx）的超低电容的4通道esd设备，结合用于d+/d的低电容的2通道esd设备和用于vbus线路的单通道esd设备。对于usb3.0~，推荐表6-2：
表6-2：usb3.0~的esd/tvs diode选型参数参考
*3.type c
usb类型ctm有一个24针连接器，可支持usb 3.1 gen2、displayport、hdmi和多种其他可选模式，有16个引脚需要esd保护。由于usb 3.1 gen3的super speed usb线（tx1+、tx1-、rx1+、rx1-、tx2+、tx2-、rx2+和rx2-）的速度可达10gbps，电容必须最小化，usb2.0线（d+顶部、d+底部、d–顶部和d–底部）也需要低电容。cc1、cc2和sbu1、sbu2 c型引脚可以达到5.5v，虽然不需要低电容，但建议用于使用备用模式的应用。
***图6-3：type c的esd防护结构
usb type-c连接器引脚尺寸较小，板空间非常有限，因此对于c型usb中的所有高速数据线，建议使用具有超低电容的节省空间的2通道esd设备。对于sbu和cc线路，建议使用5v esd设备，以简化到pd或cc控制器的布线，如果首选，也可以使用4通道，如图6-3所示。
*4.高数据速率：esata
esata标准是sata的一种变体，用于外部连接，如图6-4所示，建议esata采用esd保护，一般usb3.0的esd保护可以覆盖到esata。
图6-4：esata的esd防护结构
对于usb3.0，推荐 表6-3：
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