魔兽世界牧师信仰套装:USB 3.0过电流和ESD保护应注意哪些问题？

USB 3.0提供更高的传输率、提高了最大总线功率和设备电流、提供全新的电源管理功能以及向下兼容USB2.0的新型电缆和连接器。USB 3.0规定单一负载的工作电流，由USB2.0规定的100mA提升为150mA。一台电子设备最多可以驱动6台装置(标准连接器和微型连接器每端口最高900mA)。此外，与USB2.0集线器可以通过总线供电不同，USB 3.0将不会提供这中选择，而只能通过自有电源供电。由于需要一个插孔端口对USB 3.0集线器应用中的所有连接器供电。USB 3.0的电流传输能力的提高，对电路保护方案也提出了新的要求。

图1：电路保护器件的电容是关键。

“USB 3.0标准保护方案必须支持每端口最小900mA的电流，过电流保护必须满足发生故障时在60s内将故障电流限制在5A以下。” 泰科电子上海瑞侃电路保护部应用工程经理董湧表示。

除了电流保护，还有一个电压降的问题，董湧指出。为保证下游器件能够很好的工作，经过PTC器件后的允许电压降为0.3V，考虑到布线需要0.2V压降裕量，允许PTC器件上压降则仅为0.1V。

USB 3.0标志规定了压降裕量。根据 USB 3.0标准：标称5V +/- 5%电压(主机或集线器)，即从 4.75V 到 5.25V；集线器接口或根端口的所获得电压应该满足4.45V到5.25V；可插拔电缆所允许的最大压降为171mV (在A-series 插头与 B-series 插头之间Vbus上的最大压降)；低功率和高功率设备必须在最低4V电压下可以正常工作；最大电流为0.9A；所有相互配合的连接器所允许的最大压降为27mV；在瞬时状态下主机或集线器为设备提供的电压可以降低到 3.67V。

除此之外，USB 3.0的过电压保护也非常重要。“虽然主要的手机OEM厂商都有内部关于USB输入口的过压保护要求，以保证USB输入端口可以承受16V到24V的电压，但内部测试表明，带电热插拔时所引起的瞬态脉冲，尽管非常短仍然会超过上述的16-24V电压。我们建议在所有USB设备电源输入端口进行过压保护。” 董湧表示。

图2：泰科电子上海电路保护实验室。

他指出，USB 3.0对于过压保护的要求相对于 USB2.0没有任何变化，不会影响所推荐用于USB端口的过压、ESD保护元件的型号。

过压瞬态往往是ESD造成的，电源总线和数据总线上都可能出现。现有USB 2.0协议支持最高480Mbps的数据传输速率，而USB 3.0规范支持的数据传输速率高达5Gbps，因此USB 3.0的数据线上需要具有快速钳位和恢复响应的极低电容ESD器件。

针对USB 3.0的ESD保护电路，董湧指出了三个主要的考虑因素：一是为满足要高速度/电容要求，USB 3.0的接口需要比USB 2.0电容更低的ESD保护，必须小于才采用1pF的ESD元件，增加极低电容PESD器件可以减小插入损耗；二是动作电压的选用要与被保护IC芯片的ESD承受能力配合起来，还要考虑回路阻抗；三是满足空间要求，采用更小尺寸的保护元件，灵活布局。

与多数传统MLV(多层变阻器)或TVS(瞬态电压抑制)二极管技术相比，泰科电子瑞侃电路保护部的PESD器件具有更低的电容，而其低触发电压和低钳位电压也有助于保护敏感电子元件。该器件适用于USB2.0的高速D+和D-信号线和USB 3.0的SuperSpeed信号线。

迄今为止，泰科电子瑞侃电路保护部已交付数十亿的电路保护产品广泛应用于各类电子设备，包括电信和网络、计算机和多媒体、电池、便携电子产品、工业、汽车业、家用电器和中央空调等，其下产品品牌包括PolySwitch、miniSMD、SiBar、2Pro、PolyZen。

为帮助客户解决具体的设计问题，泰科提供强大的技术支持团队，并支持免费为客户测试评估方案，与帮助客户找到更合适的电路解决方案。“我们在上海设有一个电路保护实验室，帮助客户进行各种电路保护测试。”董湧介绍道。

泰科电子上海电路保护实验室位于泰科电子上海科技园南区。自1995年成立以来，已发展成为一个具有测试、设计、研发等多种功能的完善系统。现今，电路保护实验室拥有办公用地300多平方米，技术和试验人员超过30个，符合各类标准的实验设备近200台。实验室严格依照企业要求，按国际先进管理模式运行，陆续通过ISO9001、ISO14001、TS16949等多类审核。作为国际领先企业的一分子，电路保护实验室将以严谨的科学态度，秉承精益求精的精神，高效率地为相关客户提供符合ITUK.20、ITUK.21、GR1089、TIA968、UL60950、ISO7637以及客户自定义的各类测试。根据测试结果，电路保护实验室免费为客户提供完善的电路保护解决方案，并提供详细数据和报告，致力于在产品销售流程中为客户提供全面的技术服务。

作者：Ellie Zhang，《电子系统设计》