有一个连接端口的名字在我们的生活中根深蒂固，那就是通用串行总线，简称USB。无论我是一个精通技术的人还是一个勒德分子，我都必须在生活的方方面面使用USB。忘记我;我妈妈甚至不知道它叫USB，她每天都要用这个端口给她的移动设备充电好几次。由于使用方便和数据传输速度快，USB变得非常受欢迎。在20多年的时间里，从笔记本电脑、相机到智能手机和可穿戴设备，几乎所有的消费电子产品都配有一个或多个USB接口。然而，自介绍以来，情况发生了很大的变化。USB规范从1996年的USB 1.0发展到最近的版本，USB4®．下面的图1显示了USB标准的发展及其相应的数据传输速率。
图1。USB标准的演变
USB通信协议已经发展到支持非常高速通信和不断增加的功率传输水平的不断增长的需求;USB连接器类型也已演变，以满足主机设备的需求及其创新功能。与之前的版本一样，USB 3.2和Thunderbolt 3, USB4还通过使用USB Type-C®连接器提供了惊人的能力。基本上，USB Type-C是连接器，USB4是通信协议。非常流行的USB Type-C端口，根据USB3传输数据。x和USB4协议，经常暴露于电过度应力(EOS)和静电放电(ESD)事件。随着数据速率达到更高的水平，与前几代集成电路相比，使用更细的硅几何结构实现这些数据速率的集成电路对EOS和ESD事件更加敏感。因此，USB Type-C端口必须很好地防止静电威胁的危险。本博客详细介绍了使用USB通信标准的USB Type-C连接器的保护解决方案。
USB4规范
USB4规范通过双通道操作包括高达40Gbps的数据传输。数据通过四组双向引脚对的两组传输。USB Type-C连接器可以朝上或朝下插入，由相同的12个针脚组合在上下两侧，总共24个针脚。四个引脚(Tx1+， Tx1-， Rx1+， Rx1-)创建一个带有两个差分对的车道，另外四个引脚(Tx2+， Tx2-， Rx2+ Rx2-)创建另一个带有两个差分对的车道。引脚配置如图2所示。这种双车道配置每车道传输数据的速度为20Gbps，当使用两条车道时传输数据的速度为40Gbps。
USB4规范的另一个独特特性允许在Alternate模式(Alt模式)下支持第三方协议，如DisplayPort 2.0。在Alt模式下，USB Type-C连接器可以直接连接到DisplayPort设备和传输显示信号，而不需要任何额外的电路。在Alt模式下的DisplayPort 2.0在单独使用时可以使用高达80Gbps的速度，是仅用于USB数据传输的两倍。在Alt模式下，所有显示数据通过所有8条数据线(Tx1+， Tx1-， Rx1+， Rx1-， Tx2+， Tx2-， Rx2+， Rx2-)到显示监视器。
图2。USB Type-C插座和插脚配置
USB4对EOS和ESD的保护
考虑到USB Type-C插头的微小尺寸和其引脚的紧密位置，如图2所示，离散的单线电路保护设备很适合保护端口免受ESD和surge事件的影响。188bet网玩法离散电视二极管也更容易为设计者布局和示踪线路。
超高速USB数据传输线:在USB4标准中，发射机(Tx)和接收器(Rx)线支持高达40Gbps的数据传输的超高速USB接口和替代模式的分辨率高达8K (7680 x 4320)在60Hz刷新率。由于接口试图在保持极高的速度的同时传输大量的内容，选择具有适当特性的ESD保护设备是至关重要的。
我们每天都会插拔usb线与电子产品的连接。当消费者接触或接触USB端口时，可能会产生ESD。这些ESD事件既可以由用户(人体)产生，也可以由电缆上存储的电荷产生。因此，谨慎的做法是为超速USB数据传输线提供足够的保护。
Semtech的RClamp®01211佐具有优越的ESD保护特性，专门设计来保护SuperSpeed USB差动线路。它提供了极好的ESD保护，同时保持极低的线对线典型电容0.17pF(图3)，确保信号完整性。RClamp01211ZC在10GHz时提供了-0.25dB的浅插入损耗，在10GHz时提供了-22dB的返回损耗(图3)。保持夹紧电压尽可能低对最小化Rx, Tx输入线上的应力至关重要。RClamp01211ZC提供的夹紧电压小于4.2V，动态电阻仅为0.47Ω。它的包装也非常紧凑，0201 (0.6 x 0.3 x 0.25mm)包装。
图3。RClamp01211ZC的典型特性
图4。USB4应用的Tx, Rx线的保护
此外，在USB4应用中，Rx和Tx差分线都需要交流耦合电容。这样，只有交流信号在主机和连接器之间耦合，没有直流电流可以通过它们。此外，它可以存储ESD电流，直到在VBUS短路的情况下，电源被耗散到地面。对于Rx差分线，TVS二极管应该放在电容器的收发端。TVS二极管被放置在发射器和Tx线上的交流耦合电容之间。图4显示了RClamp01211ZC的连接图，同时保护Tx, Rx SuperSpeed USB差分线在USB Type-C连接器与USB4标准。
通风装置销另一个重要的考虑因素是动力传输。USB4支持电源传输(USB- pd)像以前的USB规格。如果主机和外设都有USB- pd选项可用，USB Type-C可以提供高达100W的电源。当使用USB-PD时，外围设备可以选择VBUS电压高达20V，最大电流为5A。如果USB PD不需要任何应用，VBUS可以支持5V在3A，使其15W的可交付功率。VBUS引脚的安全性自然需要工作电压大于20V、响应时间快、夹紧电压低的ESD保护装置来保护VBUS引脚。低电容不是VBUS线路的考虑因素，因为它通常对附加电容不敏感。
新SurgeSwitch™TDS2211P该设备非常适合保护USB Type-C连接器的VBUS引脚。SurgeSwitch不使用传统的PN结TVS二极管进行保护。相反，它使用一个浪涌额定FET作为主要保护元件，它被用作电压控制开关。该电路在保护USB接口免受ESD和EOS事件的伤害方面带来了实质性的优势。这里值得一提的一个优点是，在额定峰值脉冲电流范围内，夹紧电压几乎恒定(图5)。在工作温度范围内，夹紧也保持稳定。另一个显著的优点是TDS2211P的箝位电压至少比传统电视ESD保护器件低30%(图6)。TDS2211P的工作电压为22V，在ESD和浪涌事件期间保护USB-PD控制器。它提供25V的最小击穿电压和40A的峰值脉冲电流(tp=8/20us)。TDS2211P提供符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范的瞬态保护，电压为±30kV(空气)，±30kV(接触)。该部件采用DFN封装，公称尺寸为1.6 x 1.6 x 0.55 mm。
图5。TDS2211P中的Ipp vs. VClamp
图6。TDS2211P夹紧电压较低
D + / D -微分: USB 2.0接口使用D+/D-线。D+和D-引脚携带480Mbps的差分数据信号，在正常工作条件下，这些差分线路上的电压可以达到5V。D+/D-线可以使用Semtech的保护RClamp4041ZA(图7)。RClamp4041ZA是一个4V电视二极管。它在一个微小的0201 (0.6 x 0.3 x 0.25mm)封装中提供了0.53pF的典型低连接电容，0.07Ω的低动态电阻和高达20A的峰值脉冲电流(tp=8x20us)能力。
CC, SBU和VCONN引脚: USB Type-C的配置通道(CC)引脚在USB4协议中起着重要的作用。CC引脚允许USB Type-C作为一个双作用电源端口来建立和管理两个连接端口之间的源和接收器连接。
插座上有两个CC引脚，插头上有一个CC引脚，用于检测插头方向，建立USB4数据总线通信。另一个未使用的CC引脚被用作USB Type-C电子标记电缆(EMC)的VCONN引脚。eemc需要VCONN引脚为电缆内的标记电子器件提供电源(5V, 1W)。如果电缆没有电子标记，则电缆内部没有电子器件，也不需要VCONN引脚来供电。在这种情况下，VCONN引脚仍然浮在USB Type-C插头上。
在USB Type-C中有两个边带使用(SBU)引脚。SBU是DisplayPort和其他数据信号在Alt模式下工作的辅助通道。在USB4协议中，它们被称为SBTX和SBRX。SBTX是USB4控制器的串行发送信号，SBRX是USB4控制器的串行接收信号。SBTX/SBRX在USB4中用于主机设备和外设设备之间的通信、初始化数据线、交换设备管理信息和控制数据。UART信令在SBTX/SBRX上使用，速率为1Mbps。
参考图2中的引脚配置，我们可以看到CC/VCONN和SBU引脚紧挨着VBUS引脚。有了USB-PD选项，VBUS引脚可以达到20V。因此，如果发生短路情况，CC/VCONN引脚和SBU引脚将暴露在20V下，这可能对系统有害。Semtech的双向电视二极管µ夹®2011咱是保护CC/VCONN和SBU引脚的完美解决方案(图7)。根据IEC 61000-4-2标准，µClamp2011ZA能够承受高ESD电压范围从±30kV(空气)和±22kV(接触)，保持20V的工作电压。0.46Ω的低动态电阻和22V的最小反向击穿电压确保了对瞬态事件的系统级保护。典型的结电容只有10pF。µClamp2011ZA采用工业标准超小型0201 (0.6 x 0.3 x 0.25mm)包装。
图7。USB4通过Type-C端口进行ESD保护
简化的实现
Semtech通过其Shield品牌的保护解决方案，为广泛的接口和子系统提供了优化解决方案的策划套件。的USB盾装备是加快USB接口设计实现的有效设计工具。
结论
通过USB Type-C连接器实现的USB4规范已经成为主流接口，可以以40Gbps的超快速度传输数据，支持DisplayPort 2.0，使用USB- pd模式双向传输功率高达100W。虽然升级的USB标准提高了数据传输速度和更高分辨率的优秀视频质量，但USB Type-C端口暴露在频繁的ESD打击下，可达数万伏特，很容易破坏USB4收发器的敏感CMOS结构。bet188软件下载
因此，USB Type-C端口必须充分保护免受所有ESD威胁。USB4规范也引入了一些独特的ESD和EOS挑战。Semtech的高效和可靠的电路保护产品，如图7所示，保护许多世界上最流行的U188bet网玩法SB4接口电子设备。任何用户都不希望因为任何瞬态事件而经历一块损坏的电子设备。Semtech的解决方案是保护USB4规格的USB Type-C连接器的理想方案，使消费者能够享受与高性能电子产品接口的平滑、不间断的体验。
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Semtech、Semtech标志、RClamp和µClamp为Semtech公司或其关联公司的注册商标或服务标志，而SurgeSwitch和spclamp为Semtech公司或其关联公司的注册商标或服务标志。USB Type-C®和USB4®是通用串行总线实现者论坛(USB- if)的注册商标。
