一个在我们生活中根深蒂固的连接端口的名字是通用串行总线，简称USB。不管我是一个精通技术的人还是一个勒德分子，我都必须在我生活的方方面面使用USB。忘记我;我妈妈甚至不知道这个接口叫USB，她每天要用这个接口给她的移动设备充电好几次。USB变得非常受欢迎，因为它的使用方便和快速的数据传输速率。在20年多一点的时间里，几乎所有的消费电子产品都带有一个或多个USB接口，从笔记本电脑、相机到智能手机和可穿戴设备。然而，自从引入以来，事情发生了很大的变化。USB规格从1996年的USB 1.0到最近的版本已经发展了25年，USB4®．下面的图1显示了USB标准的演变和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，以支持非常高速通信和不断增加的电力交付水平的需求;USB连接器类型也不断发展，以满足主机设备及其创新功能的需求。像之前的版本，USB 3.2和Thunderbolt 3, USB4也提供了其惊人的能力，通过使用USB Type-C®连接器。基本上，USB Type-C是连接器，USB4是通信协议。非常流行的USB Type-C接口，按照USB3承载数据。x和USB4协议，经常暴露于电过度压力(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，使用更精细的硅几何形状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端口必须很好地保护免受ESD威胁的危害。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规范包括高达40Gbps的数据传输通过双车道操作。数据以两组四对双向引脚传输。USB Type-C连接器可以朝上或朝下插入，由相同的一组12针在上下两侧，使其24针。四个引脚(Tx1+， Tx1-， Rx1+， Rx1-)组成一个带两个差分对的车道，另外四个引脚(Tx2+， Tx2-， Rx2+ Rx2-)组成另一个带另一组两个差分对的车道。引脚配置如图2所示。这种双车道配置以每车道20Gbps的速度传输数据，或当两个车道都使用时以40Gbps的速度传输数据。
USB4规范的另一个独特功能支持第三方协议，如备用模式下的DisplayPort 2.0 (Alt模式)。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。Alt模式下的DisplayPort 2.0单独使用时最高可使用80Gbps，是仅用于USB数据传输速度的两倍。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-)进入显示监视器。
图2。USB Type-C插座和插头引脚配置
保护USB4免受EOS和ESD的影响
考虑到USB Type-C插头的微小尺寸及其引脚的闭合位置，如图2所示，分立的单线电路保护装置很适合保护端口免受ESD和浪涌事件的影响。188bet网玩法离散电视二极管也更容易设计布局和跟踪路线。
超高速USB数据传输线路:在USB4标准，发送(Tx)和接收(Rx)线支持高达40Gbps的数据传输的SuperSpeed USB接口和替代模式的分辨率高达8K (7680 x 4320)在60Hz的刷新率。由于该接口试图在保持极高速度的同时传输大量内容，因此选择具有适当特性的ESD保护装置是至关重要的。
我们每天都在电子设备上插拔usb线。当消费者接触或接触USB端口时，很可能产生ESD。这些ESD事件既可以由用户(人体)产生，也可以由电缆上的存储电荷产生。因此，为SuperSpeed USB数据传输线路提供足够的保护是谨慎的。
Semtech的RClamp®01211佐具有卓越的ESD保护特性，并专门设计来保护SuperSpeed USB差分线。它提供卓越的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-0.25dB的浅插入损耗，在10GHz时提供-22dB的返回损耗(图3)。保持尽可能低的箝位电压对于最小化Rx和Tx输入线路上的应力至关重要。RClamp01211ZC提供小于4.2V的箝位电压，动态电阻仅为0.47Ω。它的包装也是在一个非常紧凑，0201 (0.6 x 0.3 x 0.25毫米)的包装。
图3。RClamp01211ZC的典型特性
图4。保护的Tx, Rx线的USB4应用
此外，在USB4应用中，Rx和Tx差分线路都需要一个交流耦合电容。这样，主机和连接器之间只耦合了交流信号，没有直流电流过。此外，它可以存储ESD电流，直到电源在VBUS短路的情况下耗散到地面。对于Rx差分线，TVS二极管应放置在电容器的收发端。TVS二极管被放置在发射机和Tx线上的交流耦合电容之间。图4显示了RClamp01211ZC与USB4标准的USB Type-C连接器保护Tx, Rx SuperSpeed USB差分线的连接示意图。
通风装置销另一个重要的考虑因素是电力传输。与之前的USB规格一样，USB4支持power delivery (USB- pd)。如果主机和外设都有一个USB- pd选项，USB Type-C可以提供高达100W的功率。当使用USB-PD时，外围设备可以选择高达20V的VBUS电压，最大电流5A。在不需要USB PD的情况下，VBUS可支持3A 5V，可输出功率为15W。自然，VBUS引脚的安全性需要工作电压超过20V、响应时间快、箝位电压低的ESD保护装置来保护VBUS引脚。VBUS线路不考虑低电容，因为它通常对附加电容不敏感。
新SurgeSwitch™TDS2211P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事件的影响方面具有很大的优势。这里值得一提的一个优点是在额定脉冲电流峰值范围内几乎恒定的箝位电压(图5)。在工作温度范围内箝位也保持稳定。另一个显著的优点是，TDS2211P的箝位电压比传统TVS ESD保护装置至少低30%(图6)。TDS2211P的工作电压为22V，可以在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根据IEC 61000-4-2 (ESD)规范在±30kV(空气)和±30kV(触点)下提供瞬态保护。该部件采用DFN封装，标称尺寸为1.6 × 1.6 × 0.55 mm。
图5。TDS2211P中的Ipp与VClamp
图6。TDS2211P箝位电压较低
D + / D -微分: D+/D线用于usb2.0接口。D+和D-引脚携带差动480Mbps数据信号，在正常工作条件下，这些差动线路上的电压可以达到5V。D+/D-线可以用Semtech的保护RClamp4041ZA(图7)RClamp4041ZA是一个4V电视二极管。在微小的0201 (0.6 x 0.3 x 0.25mm)封装中，它提供了0.53pF的典型结电容，0.07Ω的低动态电阻和高达20A峰值脉冲电流(tp=8x20us)的能力。
CC, SBU和VCONN引脚: USB Type-C的配置通道(CC)引脚在USB4协议中扮演重要角色。CC引脚允许USB Type-C作为双角色电源端口，建立和管理两个连接端口之间的源和汇聚连接。
插座中有两个CC引脚，插头中有一个CC引脚，用于检测插头方向，建立USB4数据总线通信。其他未使用的CC引脚被用作USB Type-C电子标记电缆(EMC)的VCONN引脚。eemc需要一个VCONN引脚来为电缆内部的标记电子提供电源(5V, 1W)。如果电缆没有电子标记，则电缆内部没有电子器件，不需要VCONN引脚来供电。在这种情况下，VCONN引脚仍然浮动在USB Type-C插头上。
在USB Type-C中有两个侧带使用(SBU)引脚。SBU是DisplayPort等数据信号在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是来自USB4控制器的串行发送信号，SBRX是来自USB4控制器的串行接收信号。USB4使用SBTX/SBRX实现主机设备与外设之间的通信、数据线的初始化、设备管理信息的交换和控制数据的交换。在SBTX/SBRX上使用速度为1Mbps的UART信令。
参考图2中的引脚配置，我们可以看到CC/VCONN和SBU引脚在VBUS引脚旁边。带有USB-PD选项，VBUS引脚可达20V。因此，如果发生短路情况，CC/VCONN引脚和SBU引脚将暴露在20V中，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，Clamp2011ZA能够承受±30kV(空气)和±22kV(接触)的高压ESD，保持工作电压为20V。0.46Ω的低动态电阻和22V的最小反向击穿电压确保了系统级的保护，防止瞬态事件。典型的结电容只有10pF。µClamp2011ZA采用行业标准的超小0201 (0.6 x 0.3 x 0.25mm)包装。
图7。通过Type-C端口对USB4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优化的解决方案。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规范已经成为一个主导接口，可以以40Gbps的超快速度传输数据，支持DisplayPort 2.0，并使用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卓越的视频质量，更大的分辨率，USB Type-C端口暴露在ESD频繁打击，可达数万伏-很容易损坏USB4收发器的敏感CMOS结构。bet188软件下载
因此，USB Type-C端口必须受到充分保护，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高效可靠的电路保护产品，如图7所示，保护了许多世界上最受欢迎的U188bet网玩法SB4接口的电子设备。没有用户希望体验由于任何短暂事件而损坏的电子设备。Semtech的解决方案是保护具有USB4规格的USB Type-C连接器的理想选择，使消费者能够享受与高性能电子产品接口的流畅、不间断的体验。
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Semtech、Semtech标志、RClamp和μ Clamp是Semtech Corporation或其附属公司的注册商标或服务标志，而SurgeSwitch和SClamp是Semtech Corporation或其附属公司的商标或服务标志。USB Type-C®和USB4®是通用串行总线实现者论坛(USB- if)的注册商标。
