USB2.0接口专用ESD防护器件

USB收发器提供15kV ESD保护功能
佚名
【期刊名称】《《今日电子》》
【年(卷),期】2004(000)011
【摘要】USB 2．0收发器USB1T1102和USB1T20具有15kV的高ESD保护额定电压，采用超小型的MLP封装。

USB1T1102全速收发器引进了板载稳压功能和电平转换功能，消耗功率低于6．6mW。

无需稳压器的USB1T20是低速和全速的USB兼容收发器，提供从USB1．1至2．0的直接电气转移。

【总页数】1页(P108)
【正文语种】中文
【中图分类】TN83
【相关文献】
1.飞兆半导体推出新型USB
2.0收发器在超小型封装中提供15kV ESD保护功能[J],
2.ADI多点LVDS收发器提供最高ESD保护 [J],
3.提供强ESD保护的多点LVDS收发器 [J],
4.MAX3070E—MAX3076E／MAX3078E／MAX3079E 3．3V、±15kV ESD保护、实效保护、热插拔、RS—485／RS—422收发器 [J],
5.飞兆新型USB2.0收发器具备15kV ESD保护功能 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

芯片设计常用io口和esd器件随着科技的飞速发展，芯片设计在各领域中的应用越来越广泛。

芯片的性能、稳定性与可靠性在很大程度上取决于其输入输出端口（io口）以及ESD （静电放电）器件的选用。

本文将详细介绍芯片设计中io口与ESD器件的相关知识，以帮助大家更好地了解其在芯片设计中的重要性。

一、引言芯片设计作为现代电子产品的核心，其性能、稳定性与可靠性至关重要。

在实际应用中，io口与ESD器件对于芯片的正常工作具有不言而喻的重要性。

合理的io口设计可以提高芯片的传输效率，而ESD器件则能有效保护芯片免受静电放电等外部因素造成的损害。

二、io口的分类与功能io口是芯片与外部电路进行信息交互的通道，根据功能可分为输入、输出、双向等。

1.输入口：负责接收外部信号，如键盘、传感器等设备的输出信号。

2.输出口：负责输出芯片处理后的信号，如控制电机、显示设备等。

3.双向口：既能输入又能输出，可在不同工作阶段实现数据的双向传输。

三、ESD器件的作用与分类ESD（静电放电）器件是用于保护芯片免受静电放电损害的防护元件。

静电放电产生的高电压、大电流可能导致芯片内部电路损坏，严重影响芯片的正常工作。

ESD器件能在静电放电发生时，将电压、电流引导至地面，保护芯片免受损害。

根据防护方式，ESD器件可分为：1.串联型：串联在电路中，降低静电放电电压，限制电流。

2.并联型：并联在电路中，增大电流容量，吸收静电能量。

四、选用ESD器件的注意事项1.匹配电压：选用ESD器件时，需确保其额定电压大于电路工作电压，以保证有效防护。

2.匹配电流：根据电路的最大电流选用相应电流容值的ESD器件。

3.防护等级：根据实际应用场景，选择合适的防护等级。

如汽车电子、医疗设备等领域，防护等级要求较高。

五、芯片设计中io口与ESD器件的实战应用案例1.嵌入式系统设计：在嵌入式系统中，合理选用io口和ESD器件，可提高系统的稳定性和可靠性。

如采用双向口实现串口通信，同时配置合适的ESD 器件，保护芯片免受静电放电损害。

esd芯片的保护原理
ESD（静电放电）芯片的保护原理是通过采取一系列设计措施来防止或减轻静电放电对芯片的损害。

以下是几种常见的
ESD芯片保护原理：
1. MOSFET放电：通过使用MOSFET（金属氧化物半导体场
效应晶体管）来将静电电荷从输入端释放到地线，从而减小对芯片的影响。

MOSFET可以快速响应并提供低阻抗路径，有
效地吸收和分流电流。

2. ESD二极管：在输入/输出端口和电源线中添加ESD保护二
极管。

这种二极管具有低电压传导特性，可以防止静电电荷进入芯片。

3. 电源线滤波：在电源线上添加滤波器，以减小ESD放电对
电源的干扰。

滤波器通过消除高频噪声，提供稳定的电源供应，防止ESD损坏芯片。

4. ESD承载电阻：在芯片的输入/输出引脚之间添加承载电阻，以防止静电电荷通过高速电流冲击对芯片造成损害。

承载电阻可以提供阻抗，限制电流通过，并分散能量。

5. ESD保护结构：在芯片布局设计中采用ESD保护结构，例
如差分模式布局、宽金属路线、增强的接地设计等。

这些结构可以提高芯片的抗ESD能力，分散和吸收静电电荷。

以上是几种常见的ESD芯片保护原理。

通过采取合适的保护
措施，可以有效地减小静电放电对芯片的影响，提高芯片的可靠性和稳定性。

USB2.0接口EMC防雷设计方案USB2.0接口EMC设计方案一、接口概述USB 通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go （OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。

USB接口的电磁兼容性能关系到设备稳定行与数据传输的准确性，赛二、接口电路原理图的EMC设计1. USB2.0接口防静电设计图1 USB 2.0接口防静电设计接口电路设计概述：本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC 问题。

电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：L1为共模滤波电感，用于滤除差分信号上的共模干扰；L2为滤波磁珠，用于滤除为电源上的干扰；C1、C2为电源滤波电容，滤除电源上的干扰。

L1共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz~120Ω/100MHz，典型值选取90Ω/100MHz；L2磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz ~1000Ω/100MHz，典型值选取600Ω/100MHz ；磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求，磁珠推荐使用电源用磁珠；C1、C2两个电容在取值时要相差100倍，典型值为10uF、0.1uF；小电容用滤除电源上的高频干扰，大电容用于滤除电源线上的纹波干扰；C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；（2）电路防护设计要点D1、D2和D3组成USB接口防护电路，能快速泄放静电干扰，防止在热拔插过程中产生的大量干扰能量对电路进行冲击，导致内部电路工作异常。

D1、D2、D3选用TVS，TVS反向关断电压为5V；TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响，USB2.0的TVS结电容要求小于5pF。

接口电路设计备注：如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

用于ESD保护的几种器件这篇文章将根据《ESD in Silicon Integrated Circuits –second edition》Ajith Am erasekera, Charvaka Duvvury 第四章“physics and operation of ESD prot ection circuit elements”整理出来。

因为加入了个人的理解，有可能误解了原作者的意思， 所以想正确理解文中内容请参考原文!![正文]控制在ESD情形下的大电流，基本的原则就是启动半导体器件。

这些重要的器件包括，PN diode、nMOS、pMOS、bipolar transistor、resistor 、SCR等，当然这些结构可能会以寄生的形式出现。

电阻对于n-well电阻(1)Jn:电流密度,&: 电导率,n、p:杂质密度, q:电子电荷,Un,Up:迁移率, E:电场因为此时空穴引起的电流可以忽略不计，因此才得到如此等式关系。

载流子运动方程：,在稳定情况下，即左边第一项为零得出等式为：,m:有效质量，V x：漂移速度，τ：平均自由时间又即载子迁移率与平均自由时间和有效质量有关, 所以此时等式(1)可写为 Jn=nq V d当E=10^4 V/cm时，V d将到达饱和，值约为10^7cm/s，饱和电流密度Jsat将不随着电场发生变化。

这种特征没有出现在低掺杂<10^14/cm3或重掺杂大约10^2 0/cm3的情况下。

(杂质浓度过高会形成杂质能带，影响禁带宽度)当电压加大远高饱和区域时，最终达到碰撞电离(impact ionization)阈值，空穴产生，空穴电流不再忽略不计而且影响到整体电流，此时电压将会下降，从而出现负阻或snapback特征。

温度升高，半导体载流子分布进入本征激发区域，一旦价带电子被激发到导带，价带便产生空穴，空穴电流将影响到整体电流。

碰撞电离过程是载子获得足够能量，通过碰撞产生电子-空穴对,产生机制与俄歇复合类似。

USB3.0系统的ESD防护设计方案目前，USB2.0是最普遍的通用外部数据接口之一，且事实上已成为便携式电脑、上网本和台式机等所有计算机系统的标配接口。

此外，诸如便携式摄像机、数码相机、MP3播放器、电子游戏机、DVD蓝光播放器和电视机，以及手机和DSL/路由器等消费电子产品，也广泛采用USB2.0接口。

在市场上，有些系统可提供比USB2.0高速模式480Mbps高得多的数据率。

例如，千兆以太网的速度是其3倍左右，外部串行ATA（eSATA）则可提供3Gbps的数据率（约6倍）。

但所有这些系统均不向下兼容USB2.0接口，因为它们采用的是不同的系统方法。

USB3.0系统设计挑战2008年11月，USB3.0规范发布。

USB3.0不仅包含USB2.0的全部功能（HS、FS和LS），而且可提供名为超高速（SuperSpeed）的单独的全新超高速数据链路。

超高速链路为下载（从主机到设备，被称为发送方向）和上传（从设备到主机，被称为接收方向）提供了单独的差分数据线路。

超高速模式可提供的最高数据率为5Gbps（图1）。

图 1：USB3.0物理链路在主机侧和设备侧带有ESD防护。

为同时支持USB2.0功能和新的超高速模式，电缆必须采用新的结构，以提供三条差分耦合信号线（TX+/Tx-、RX+/Rx-和D+/D-）。

此外，USB3.0电缆还必须具备Vcc线和GND线。

这种低成本的USB3.0电缆所面临的挑战，是需支持很高的截止频率且不会在相邻的差分耦合线对之间形成干扰（图2a）。

图 2a：USB3.0电缆结构。

为支持USB3.0电缆所包含的全部线路，必须强制规定采用一种新的连接器形状。

新的USB3.0连接器的基本要求，是必须向下兼容USB2.0连接器。

从ESD的角度看，这导致标准A连接器的超高速线路很容易发生ESD冲击（在主机侧和设备侧）。

一种强有力的对策是在USB3.0链路中实现有效的ESD防护机制。

图 2a：USB3.0电缆结构。

USB 2.0的A型接口（USB 2.0 Type-A）是USB标准中最为常见的一种接口。

在USB 2.0标准中，对于USB Type-A接口的电阻要求，通常指的是端接电阻（Termination Resistor）或上拉电阻（Pull-up Resistor）。

端接电阻在USB通信中扮演着重要的角色。

它们通常被连接到数据线的两端，用于吸收信号线上的反射和噪声，从而确保信号的质量和稳定性。

在USB 2.0标准中，这些电阻的阻值通常为56欧姆（Ω）。

除了端接电阻外，USB Type-A接口还可能包含其他类型的电阻，例如限流电阻（Current Limiting Resistor）或分压电阻（Voltage Dividing Resistor）等。

这些电阻的阻值和作用会根据具体的电路设计和应用需求而有所不同。

需要注意的是，在设计和使用USB Type-A接口时，必须严格遵循USB标准的规范和要求，以确保接口的正常工作和安全性。

如果您对USB接口的设计和使用有任何疑问或需要进一步的帮助，请咨询相关的专业人士或机构。

会议摄像机静电放电(ESD)抗扰度设计摘要：会议摄像机搭配各种会议软件，实现远程会议、实时通话、人脸追踪等功能。

本文主要论述了会议摄像机在外壳和接口部分的静电放电抗扰度设计，描述了研发中获得的实践经验。

对测试中涉及到的静电放电问题进行了分析与解决。

关键词：会议摄像机ESD0 引言随着线上视频会议的普及，会议摄像机得到了较高的运用。

相对于传统笔记本自带摄像头和手机摄像头，会议摄像机的位置相对固定，清晰度高和人脸镜头追踪等优势，极大的提高了线上会议的效率和体验，以下简称摄像机。

主要功能是实时传送与会人员视频和音频信息，并通过本地显示器输出实时画面等。

本文主要介绍摄像机在外壳和接口部分的静电放电抗扰度设计，同时就测试过程中碰到的静电问题进行改造。

1 硬件抗扰度设计按照《GB/T9254.2—2021信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第2部分:抗扰度要求》的要求，摄像机的壳体和端口需要满足接触放电4kV和空气放电8kV的要求。

测试方法依照《GB/T17626.2—2018电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》来进行。

通用的硬件静电防护框图如图1。

图1 静电防护组成框图（硬件部分）1.1 接口防护摄像机常见的对外接口有DC电源接口、USB2.0/3.0接口、HDMI接口、SDI接口、RJ45以太网接口、音频接口等。

常用的静电防护器件有TVS管、TSS管、磁珠、共模电感、电容等。

本文主要以DC12电源接口和USB3.0接口进行说明。

图2为DC12V接口静电防护电路。

DC电源接口外接电源适配器，当电源适配器插好后，因为没有外露金属部件，所以需要进行空气放电，以模拟日常生活中在插拔电源适配器时产生的静电干扰。

图2 DC12V电源接口静电防护FB1和FB2为磁珠，磁珠除了能滤除高频噪声外，在静电释放的纳秒(ns)级的期间内也会产生较高阻抗，以降低静电产生的瞬间高压的影响。

此处使用两颗磁珠，可以降低磁珠本身在低频时的直流电阻和电感值，同时提高电流的载流量。

什么是USB？USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。

它是一种应用在PC 领域的新型接口技术。

早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。

1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。

这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。

在主机(host)端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设(device)端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。

USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点：1、可以热插拔。

这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机à将并口或串口电缆接上à再开机”这样的动作，而是直接在PC开机时，就可以将USB电缆插上使用。

2、携带方便。

USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G的硬盘，USB硬盘比IDE 硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。

3、标准统一。

大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机，等等。

4、可以连接多个设备。

USB在PC上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有4个端口的USB HUB时，就可以再连上4个USB 设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台PC上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。

什么是EMI？EMI是Electro Magnetic Interference的缩写，有传导干扰和辐射干扰两种。