**usb3.0的電路保護方案
中心議題：
usb3.0的電路保護方案
解決方案：
usb3.0的過流保護方案
usb3.0電源埠的過壓保護方案
usb3.0的esd保護方案
最新usb3.0協議(或「superspeed usb」)被開發用於提供更高的資料傳輸速率，並通過支援每個埠上的更高電流水平提高供電能力。它包含新的電源管理功能，以及可向後相容usb 2.
0裝置的新電纜和聯結器。最顯著的變化是，4條附加的銅資料線被平行地增加到現有的usb2.0匯流排中(如圖1所示)。
這些附加的銅資料線被用來傳輸超高速資料，但也會傳輸esd(靜電放電)和其它有害的瞬態電壓。
圖1：修訂後的usb3.0協議增加了一條雙單工資料通道。
usb3.0增加的電流和供電能力意味著需要新的電路保護方案。經過改進的電路保護方法可以幫助保護usb3.0應用免受過流、過壓及esd瞬態電壓帶來的損害。
usb3.0的過流保護
usb3.0通過兩個部件提供電源：乙個標準的主機(a型聯結器)以及一種新型供電裝置(powered-b聯結器)。
最新superspeed規範提高了可供給usb裝置的電流總量(從0.5a提高到0.9a)。
新的powered-b聯結器允許乙個usb裝置以高達1.0a的電流給另一裝置充電。由於過流狀態會影響電源匯流排，所有的電源(如主機、集線器和powered-b裝置)都必須提供過流保護。
過流保護也是ul60950標準所要求的。
與usb2.0類似，所有型別的usb3.0主機必須提供電源。
usb3.0的單個單元負載重定義為150ma，比usb2.0的100ma略有增加。
現在，乙個usb3.0主機必須能夠每埠支援多達6個單元(900ma)。此外，usb3.
0集線器可能不再需要匯流排供電了。所有usb3.0集線器現在必須每個埠都能夠支援900ma的電流。
此外，支援usb充電和usb3.0的系統需要能承受更高電流的過流保護器件。usb充電器規範採用與usb2.0相同的引腳配置，但允許更高的電流(每埠高達1.5a)。
最後，usb3.0定義了一種新的powered-b聯結器，其主要的好處是更好的便攜性。powered-b 聯結器允許去除usb電纜和額外的電源。
使用powered-b聯結器的usb裝置現在可為另一usb裝置供電。通過提供兩個額外的接插口，新的聯結器可使乙個電源(帶有powered-b聯結器插座)能向另一裝置(帶b型供電聯結器插頭)提供高達1000ma的電流。例如，一台印表機可給一台無線介面卡供電，從而無需一條有線usb連線。
在所有這些應用中，高分子聚合物正溫度係數器件(pptc)為usb過流保護提供了最具價效比的解決方案。pptc器件可用於usb3.0主機應用、usb3.
0集線器應用、usb充電器應用，以及usb3.0powered-b聯結器應用中的電流限流保護。在usb電源的vbus埠安裝的pptc polyswitch器件可在短路時限流，防止因下游電路突然短路造成的過流損壞，並有助於實現ul60950標準。
usb電源埠上的過壓保護
儘管usb定義了電源匯流排，但這並沒有消除與過壓相關的風險。過壓事件可由一系列失效條件導致，包括使用者錯誤、穩壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。介面和充電系統也會產生負電壓，這會導致未受保護的外部裝置受損。
儘管usb2.0電源的標稱誤差為5v±5%，但許多採用usb2.0介面的大規模系統仍被設計成可承受16v甚至28v電壓(連續)。
由於usb3.0提高了正常工作電流及其上限，因此，針對傳統0.5a埠設計的過壓保護器件可能就不太適合用於保護新的每埠0.
9a的usb3.0介面。當乙個0.
9a主機拔出時，高壓感應尖峰就會產生，它可能會損壞匯流排上的其它裝置。乙個設計良好的匯流排將能吸收這些尖峰電壓，從而保護裝置免受尖峰電壓的損害。
泰科電子的內部測試顯示，熱插拔引起的瞬態電壓儘管非常短暫，但電壓值可超過16～24v。內部測試還發現，開路電壓大幅超過usb規範要求(5v±5%)的第三方充電器，可能對敏感的電子裝置構成威脅。將過壓保護器件(如polyzen聚合物保護齊納二極體器件)放置在所有usb供電裝置的電源輸入端(特別是在vbus埠)，有助於保護裝置免遭過壓事件造成的損壞。
對於usb3.0裝置，polyzen器件可安裝在usb輸入埠的vbus上、powered-b插頭的dpwr埠、桶形插座電源埠、以及usb集線器的vbus輸入端。
必須注意，usb3.0不再支援匯流排供電集線器而僅支援自供電集線器。在usb3.
0應用中，需要乙個電源來為集線器的所有埠供電。如果在集線器的輸入端使用乙個直流電源聯結器，那麼就必須安裝乙個電路保護器件來保護集線器免受過壓事件的損害，如未穩流或錯誤電源、反向電壓和瞬態電壓。
，才能幫助提供綜合過壓保護方案。
圖2：綜合的裝置側過壓保護解決方案。
usb3.0的esd保護
瞬態過壓經常是由esd引起的，它可能會出現在電源匯流排和資料線上。儘管現代ic可對抗高達2000v的高壓，但人體很容易產生出高達25000v的靜電。在i/o埠保護應用中，資料線上的esd器件必須具備以下特性：
快速箝位、快速恢復響應和極低電容值。
現有的usb2.0協議允許高達480mbps的資料傳輸速率，並支援即插即用、熱插拔安裝和執行。與之相比，usb3.
0規範允許高達5gbps的資料傳輸速率，並向後支援較低速的usb 2.0規範。
usb3.0增加了4個接到聯結器的新引腳，以支援新的superspeed介面：usb3_tx(差分對)和usb3_rx(差分對)。
usb3.0的superspeed介面與usb2.0相比，要求更低電容值的esd保護器件。
增加極低電容值的pesd器件可以幫助最小化插入損耗，以滿足usb3.0的眼圖要求。憑藉0.
2pf的典型電容值和大於6ghz的平坦插損區域，pesd器件能夠支援usb3.0應用的要求，並處理大量esd瞬態電壓衝擊。
與大多數傳統的mlv(多層變阻器)或tvs(瞬態電壓抑制器)二極體技術相比，pesd器件可提供更低的電容值，而且其低觸發和低箝位電壓也有助於保護敏感的電子元件。pesd器件適用於usb2.0高速d+和d-訊號線以及usb3.
0superspeed訊號線的esd保護。在電路保護方案中增加pesd器件可提公升保護級別，從而滿足iec61000-4-2規範要求。該規範規定接觸模式的esd測試標準是8kv(典型)/15kv(最大)，空氣放電模式的esd測試標準是15kv(典型)/25kv(最大)。
圖3：乙個綜合的usb3.0電路保護方案。
綜合電路保護方案
在usb應用中，乙個綜合保護方案可用來增強對高電流、高電壓和esd瞬態電壓衝擊的保護。圖3和4顯示了適用於usb3.0和powered-b聯結器設計的電路保護器件。
器件推薦
pptc過流保護器件可幫助設計師滿足usb3.0規範的新的大電流要求，並提供一種簡單的、節省空間的限流解決方案。pesd器件可提供高速資料傳輸應用所需的低電容值(典型值0.
2pf)，並可提供目前電子工業最流行的外形尺寸。polyzen器件既可為設計師提供傳統箝位二極體的簡單性，又消除了持續過壓所需的大型散熱片。該器件可保護裝置免受因使用不正確的電源、瞬態電壓和其它因使用者錯誤而引起的損害。
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