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方案簡介

USB是一種通用的串行總線標準，定義了數據傳輸協議和電源供應規范，用于連接計算機與外部設備。USB接口的設計初衷是為了簡化計算機與外部設備之間的連接，通過一個統一的接口標準來替代以往計算機上眾多的串行和并行接口。

USB3.0的理論速度最高可達5Gbps，相比USB2.0極大地提升了數據傳輸的效率和速度，且保持了與USB2.0及更早版本的向后兼容性，用戶可以在USB3.0接口上使用USB2.0的設備。其廣泛應用于消費電子、計算機和外設等領域，如文件傳輸、攝像頭、打印機、掃描儀等。由于高速系統的結構較小，且金屬引腳外露，所以接口對ESD靜電放電事件更為敏感。此USB3.0方案信號部分采用集成四通道保護、超低容值、低漏電的ESD靜電二極管防護器件，在不影響數據傳輸的前提下滿足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護需求。

USB3.1是USB3.0的升級版，提供了更高的數據傳輸速度和一系列新功能。它包含Gen1和Gen2兩個版本，其中Gen1的速度與USB3.0相同（5Gbps），而Gen2則達到了10Gbps。USB3.1支持最高100W的電力輸出，遠超USB2.0和USB3.0的電力輸出能力，滿足更多高功率設備的充電需求。由于其高速傳輸速度和強大的電力供應能力，被廣泛應用于需要高性能數據傳輸和充電的設備中，如高端電腦、游戲設備、虛擬現實設備等。提高數據速率的同時也顯示了系統級ESD器件靜電防護能力的重要性。此USB3.1方案高速信號部分采用單路雙向超低容的ESD靜電二極管防護器件，配合集成4路低容的ESD器件，提供靈活的布線選擇，在不影響數據傳輸的前提下滿足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護需求。

USB 3.0引腳配置

Pin	名稱	功能描述	Pin	名稱	功能描述
1	VBUS	電源+5V	2	D-	USB2.0數據線data-
3	D+	USB2.0數據線data+	4	GND	接地
5	SSRX-	超高速接收機差分對	6	SSRX+	超高速接收機差分對
7	GND_DRAIN	接地	8	SSTX-	超高速發送器差分對
9	SSTX+	超高速發送器差分對

USB 3.1引腳配置

Pin	名稱	功能描述	Pin	名稱	功能描述
A1	GND	接地	B1	GND	接地
A2	SSTXp1	超高速差分信號 #1，TX，正	B2	SSRXp1	超高速差分信號 #1，RX，正
A3	SSTXn1	超高速差分信號 #1，TX，負	B3	SSRXn1	超高速差分信號 #1，RX，負
A4	VBUS	總線電源	B4	VBUS	總線電源
A5	CC1	Configuration Channel	B5	SBU2	Sideband Use (SBU)
A6	Dp1	USB2.0差分信號Position1，正	B6	Dn2	USB2.0差分信號position2，負
A7	Dn1	USB2.0差分信號Position1，負	B7	Dp2	USB2.0差分信號position2，正
A8	SBU1	Sideband Use (SBU)	B8	CC2	Configuration channel
A9	VBUS	總線電源	B9	VBUS	總線電源
A10	SSRXn2	超高速差分信號 #2，RX，負	B10	SSTXn2	超高速差分信號 #2，TX，負
A11	SSRXp2	超高速差分信號 #2，RX，正	B11	SSTXp2	超高速差分信號 #2，TX，正
A12	GND	接地	B12	GND	接地

應用示例

根據USB 3.0要兼容USB 2.0的特性，USB 3.0的靜電防護分為兩部分：Vbus和兼容USB 2.0的一對差分線（D+和 D-）共用一片四引腳ESD防護器件SELC143T5V2UC進行防護，該器件的工作電壓為5V，結電容僅為1.0pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±15kV（空氣）和 ±15kV（接觸）下提供瞬變保護；新增的兩對差分線SSTX+/-和SSRX+/-共用一片六引腳ESD防護器件SEUC10F5V4UB進行防護，該器件的工作電壓為5V，結電容僅為0.4pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±25kV（空氣）和 ±20kV（接觸）下提供瞬變保護。

總線電源VBUS

電源線，用于供電。考慮到使用USB-PD滿足充電，推薦采用TDS平緩鉗位器件ESTVS2200DRVR做靜電浪涌防護, DFN封裝，峰值電流27A,符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護。

該TDS器件可用于PD接口防護，一旦瞬態電壓攀升至超過集成精密觸發器所設定的擊穿電壓（VBR）閾值，觸發器即會立即啟動，激活與之相連的驅動電路。這一動作迅速使浪涌級FET由截止轉變為導通狀態，進而將可能損害電路的巨大瞬態能量（IPP）引導并安全地釋放至地。

SuperSpeed TX+ ,TX- ,RX+, RX-差分線

高速差分信號線，支持10Gbps的高速USB接口和交替模式的數據傳輸。由于接口試圖在傳輸大量內容時仍保持極高速度，因此選擇合適的ESD防護器件至關重要。推薦用低結電容0.2PF，小體積CSP0603-2L方便布線,深回掃，低鉗位電壓SEUCS2Z3V1B做靜電保護，符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±15kV（空氣）和 ±15kV（接觸）下提供瞬變保護，確保信號完整性。

D+/D-差分線, Configuration Channel&Sideband use (SBU)

用于兼容USB 2.0接口的D+/-引腳和通信通道CC2、輔助通道SBU2共用一片六引腳ESD防護器件SEUC10F5V4U或SEUC10F5V4UB進行防護。SEUC10F5V4U器件的工作電壓為5V，結電容僅為0.6pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±17kV（空氣）和 ±12kV（接觸）下提供瞬變保護；SEUC10F5V4UB器件的工作電壓為5V，結電容僅為0.4pF,符合IEC 61000-4-2 (ESD)規范，在 ±25kV（空氣）和 ±20kV（接觸）下提供瞬變保護。客戶可根據實際的信號速率進行選擇。

型號參數

規格型號	方向	工作電壓(V)	IPP(A)	鉗位電壓(V)	結電容(pF)	封裝
SELC143T5V2UC	Uni.	5	7	15	1.0	SOT-143
SEUC10F5V4U	Uni.	5	4.5	12	0.6	DFN2510-10L
SEUC10F5V4UB	Uni.	5	3	12	0.4	DFN2510-10L
SEUCS2Z3V1B	Bi.	3.3	9	5	0.2	CSP0603-2L
ESTVS2200DRVR	Uni.	22	27	30.8	150	DFN

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM				5	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mA	6		9	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=5V			1	uA
Clamping Voltage	VC	IPP=1A; tp=8/20us		10	13	V
Clamping Voltage	VC	IPP=7A; tp=8/20us		15	20	V
Junction Capacitance	CJ	VR=0V; f=1MHz I/O pin to I/O pin		0.5	0.8	pF
Junction Capacitance	CJ	VR=0V; f=1MHz I/O pin to GND		1.0	1.6	pF

表1 SELC143T5V2UC電氣特性表

Parameters	Symbol	conditions	Min.	Typ.	Max.	Unit
Reverse stand-off voltage	VRWM				5.0	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT= 1mA	6.0			V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=5V			1.0	uA
Peak Pulse Current	IPP	TP=8/20us@25℃			4.5	A
Clamping Voltage	VCL	IPP=1A; TP=8/20us		9.0	11.0	V
Clamping Voltage	VCL	IPP=4.5A; TP=8/20us		12.0	15.0	V
Junction capacitance	CJ	I/O pins to ground; VR=0V; f = 1MHz		0.6		pF
Junction capacitance	CJ	Between I/O pins;				pF
		VR=0V; f = 1MHz		0.3

表2 SEUC10F5V4U電氣特性表

Parameters	Symbol	conditions	Min.	Typ.	Max.	Unit
Reverse stand-off voltage	VRWM				5.0	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT= 1mA	6.0	7.5	8.5	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=5V			1.0	uA
Clamping Voltage	VCL	IPP=1A; TP=8/20us		9.0	11.0	V
						V
Clamping Voltage	VCL	IPP=3A; TP=8/20us		12.0	15.0
Junction capacitance	CJ	I/O pins to ground; VR=0V; f = 1MHz		0.4	0.5	pF
Junction capacitance	CJ	Between I/O pins; VR=0V; f = 1MHz		0.2	0.25	pF

表3 SEUC10F5V4UB電氣特性表

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM				3.3	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mA	6.0	8.8	10.0	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=3.3		1	100	nA
Clamping Voltage	VC	IPP=1A; tp=8/20us		1		V
Clamping Voltage	VC	IPP=9A; tp=8/20us		5		V
Clamping Voltage	VC	Ipp=16A，tlp=100ns		6		V
Junction Capacitance	CJ	VR=0V; f=1MHz		0.2	0.25	pF

表4 SEUCS2Z3V1B電氣特性表

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
反向工作電壓	VRWM			22		V
反向擊穿電壓	VBR	IT=1mA		27.5		V
反向漏電	IR	VRWM=22V		1		nA
正向電壓	VF	IT=1mA		0.55		V
鉗位電壓	VCL	IPP=9A; tp=8/20us		28.4		V
鉗位電壓	VCL	IPP=27A; tp=8/20us		30.8		V
導通電阻	RDYN*	tp=8/20us		96		mΩ
結電容	CJ	VR=22V; f=1MHz		150		pF

表5 ESTVS2200DRVR電氣特性表

總結與結論

隨著移動設備和存儲設備的普及，高速的數據傳輸變得越來越重要。USB 3.0/3.1不僅應用于傳統的計算機外設，還廣泛應用于智能手機、平板電腦、SSD固態硬盤、相機等設備的數據傳輸和充電。因此防止災難性靜電放電（ESD）事件對USB 3.0/3.1端口的侵害，成為了不可忽視的課題。

ELECSUPER SEMI高效、可靠的ESD產品專為各類USB接口設計以有效抵御ESD威脅,為全球眾多知名電子設備提供了堅實的防護屏障。選擇ELECSUPER SEMI ESD防護器件來保護USB 3.0/3.1端口，保障了數據傳輸的順暢無阻，顯著提升受保護設備的耐用性與長期使用的可靠性，為用戶帶來更加安心、穩定的數字生活體驗。

審核編輯黃宇

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