USB接口保护电路

USB接口简介

USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线， 是连接电脑系统与外部设备的 一种串行总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。USB在日常生活中随处可见， 如电脑，手机，电视等，是目前电子产品中使用最广泛的接口之一。USB接口从1996 年出现发展至今，已有多个版本的标准，如USB1.0，USB1.1，USB2.0，USB3.0， USB3.1，USB type-C，每个版本的升级都是数据传输速率的提高和供电能力的提升。 图1列出了各个版本的性能对比。 USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，人们经常用手来进行USB接口的插 拔，极易在USB接口引入静电干扰。静电放电（ESD）容易造成USB接口芯片工作异 常、甚至造成USB 连接端口组件毁坏。数据传输速率越来越快，这也造成控制芯片对 静电放电（ESD）的耐受能力也有所下降，同时对数据传输的容错率要求越严，在对 静电进行防护的同时要保证数据的准确性。在USB接口添加静电保护器件可有效提高 USB接口的静电防护等级，降低USB端口的故障率，防止静电对USB 接口造成损害。

静电测试标准 IEC61000-4-2 (GB/T17626.2)

试验波形

 

静电测试标准：ISO10605

试验波形

 

静电测试标准 ISO10605

USB1.0接口保护

USB1.0 接口数据传输速率为1.5Mbps，信号上升沿为75ns~300ns，在对USB1.0接口进 行ESD保护时，ESD保护器件并联在USB接口的信号线和电源线上，ESD保护器件的结电容 不能影响USB接口的正常通信，建议ESD保护器件的结电容小于30pF。

USB1.1接口保护

USB1.1接口数据传输速率为12Mbps，信号上升沿为4ns~20ns，在对USB1.0接口进行ESD 保护时，ESD保护器件并联在USB接口的信号线上，ESD保护器件的结电容不能影响USB接口 的正常通信，ESD保护器件的结电容建议小于10pF。

USB2.0接口保护（一）

USB2.0 接口数据传输速率为480Mbps，信号上升沿为0.5ns~0.6ns，在对USB2.0接口进行 ESD保护时，ESD保护器件并联在USB接口的信号线上，ESD保护器件的结电容不能影响 USB接口的通信质量，建议ESD保护器件的结电容小于4pF。

USB2.0接口保护（二）

USB2.0 接口数据传输速率为480Mbps，信号上升沿为0.5ns~0.6ns，在对USB2.0接口进行 ESD保护时，ESD保护器件并联在USB接口的信号线上，ESD保护器件的结电容不能影响 USB接口的通信质量，建议ESD保护器件的结电容小于4pF。

USB3.0接口保护（一）

USB3.0 接口是在USB2.0 的基础上增加2 对收发差分线，速率可达5Gbps，信号上升沿为 0.05ns~0.06ns，收发差分线ESD保护器件结电容建议小于0.8pF。

USB3.0接口保护（二）

USB3.0 接口是在USB2.0 的基础上增加2 对 收发差分线，速率可达5Gbps，信号上升沿 为0.05ns~0.06ns，收发差分线ESD保护器件 结电容建议小于0.8pF。

USB3.1 Type C 接口保护（一）

USB 3.1 接口依然是采用2 对收发差分线，但是速率提 高到最高到10Gbps，信号 上升沿0.02ns~0.03ns， ESD保护器件结电容建议小 于0.4pF。右图是USB3.1 协议使用目前最热门的 Type C 物理接口的防护方 案，采用分立ESD保护元件。

USB Type C接口保护（二）

USB3.1 接口依然是采用2对收发差分线，但是速率提高到最高到10Gbps，信号上升沿 0.02ns~0.03ns，ESD保护器件结电容建议小于0.4pF。下图是USB3.1 协议使用目前最 热门的Type C 物理接口的防护方案，采用集成ESD保护元件。