【经验】实现USB接口静电防护的两种方法：加入ESD专用芯片和磁珠+共模抗流器

时间： 2016-05-17 来源：技术大神活动文章

技术问答

随着科技技术的进步，尤其是近几年集成电路的高速发展，电子设计早已不是大型企业的专利，小微公司甚至个人都可以设计出具有一定特色的产品。但是往往小公司或者个人与大企业相比，设计出来的产品稳定性较差，究其原因是个人或者小企业设计产品不够全面。那么这些的不全面之中有着各种原因，但这些原因中有一个往往被忽略，尤其是经验较少的人或者团队，常见的现象就是夏天设备完美运行，但到冬天就总是出现死机或者损坏，这个现象在北方尤为突出。导致这个问题的破坏者就是静电。

当然并不是一次静电就可以完全损坏元器件，经相关检测标明，只有10%的几率使得元器件彻底失效，90%的情况下静电损坏都会潜伏下来，给随着静电次数的增加这种损坏程度和损坏几率将会大大增加。

下图是常用器件静电破坏电压：

作为电子工程师，防护静电对电路产生的危害，也是产品设计的重中之重。那么问题来了：电子产品如何更好的做到静电防护呢？

静电在产品的整个研发生产使用过程中持续存在，对于生产和使用过程中的物理防护（例如：采用着装防静电服、佩戴静电手环等）不再做赘述，这里主要描述一下电路设计中的静电防护。这里以我们最常用的USB接口作为例子进行讨论。

目前USB2.0传输速率最高可以达到480Mbps，且向下兼容传输速率为12Mbps的USB1.1和传输速率为1.5Mbps的USB1.0，并且随着移动存储设备以及智能数码设备的普及，USB接口的应用也越来约为广泛，与人体产生的摩擦也越来越频繁。要想保证USB高速的信号传输质量，ESD设计显得尤为重要。

针对USB接口第一个方法是在VCC和GND管脚分别串入一个120ohm、2A的磁珠，在数据差分线上串入一个90ohm共模抗流器，共模抗流器由两根导线同方向绕在磁芯材料上，当共模电流通过时，共模抗流器会因磁通量叠加而产生高阻抗；当差模电流通过时，共模抗流器因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。

第二种做法是在USB的管脚上加入ESD专用芯片，这种芯片对ESD最大特点是反映速度快、极间电容低、漏电流小。ESD专用芯片的选型规则如下：

1）低电容，这样可以有效减少高速率下（480Mbps）信号衰减。

2）快速相应时间，应该在ns级。这样可以在ESD脉冲上升期快速保护元器件。

3）低漏电流，降低正常工作状态下的功耗。

4）反复性好，ESD是需要多次使用的，所以耐用性还是很有必要的。

在实际设计时，笔者尝试采用过LITTELFUSE 公司的SP1021芯片，在众多的芯片中选中他的原因是：

1）其具有6.0pf的低电容，可以保证USB高速信号的衰减。

2）0.1μA的5V低漏电流，正好和USB供电电压一致，且漏电流微乎其微。

3）并且这颗芯片内部有一个背靠背齐纳二极管，该二极管是由专有的硅雪崩技术制造，这使得对芯片保护更可靠。

4）他的设计是高于IEC61000-4-2国际标准的，这个标准最大特点是体现在它的实用性，它对不同环境条件下的电气与电子设备的电磁兼容性有不同的要求。

5）封装也是同类产品最小封装。

当然，除了以上两种方式方法，在有条件的情况下，将电路板与机壳或者大地进行良好的衔接等都是有效的方法，总之目的就是静电有合适的途径流出出去。以此来保护核心器件的稳定性。

作者：胡杨

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全部评论（53）

爱我所爱 Lv5. 技术专家 2018-11-12

支持
mcu361 Lv6. 高级专家 2018-11-10

可以的
用户_2169 Lv8 2018-11-09

学习
用户84786367 Lv8 2018-09-07

学习了
宇宙星神 Lv6. 高级专家 2018-06-27

好，学习了

大虾 Lv6. 高级专家 2018-05-20

学习了。
Jackie0078 Lv8. 研究员 2018-01-25

防静电还有什么新方法？
大虾 Lv6. 高级专家 2018-01-20

不清楚你实战过没，我们有款产品做上面的这些措施都没用，usb一打静电就重启，结果通过usb信号线上靠近芯片管脚串电阻以及铺地解决了。
每天都学习 Lv7. 资深专家 2017-12-03

说的很好
小蛮大人 Lv9. 科学家 2017-10-24

防静电手环，必须带起，

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