【技术大神】力特TVS为USB保驾护航
现实生活中USB端口随处可见，如PC、pad、手机、移动硬盘、通信猫等。应用场合不同，USB端口的通信速率也不同。低速场合下的 USB 1.1应用，高速数据传输下的 USB 2.0应用，人们总是追寻更加极致的体验，超高速应用下的USB 3.0 更是提供了十倍于USB 2.0 的传输速度和更高的节能效率。
这么多应用场合中，我们可能都遇到过有时候USB端口因为某种“电子干扰”而出现通信异常或端口损坏，这种“电子干扰”是何方神圣？应用这么广泛的通信接口应该如何安全的设计防护电路呢？与此同时，USB通信技术有低速、高速、超高速之分，不同速度等级下的电路又该如何合理的选择保护器件？接下来就为大家一一揭开其神秘的面纱。
先说下这个“电子干扰”元凶，就是ESD。ESD 可能来自人体、家具、甚至设备自身内部。ESD 干扰很常见，它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。知道了这个潜在因素后，怎么安全的设计防护电路就是关键点了，接下来也就是力特（LITTELFUSE）TVS防护管的登场时刻。TVS管相对于普通二极管来说，其PN结有一个很大的截面，这样就能将大电流引导至地回路，避免瞬态高压损坏元器件。
Littelfuse官方推荐应用中用于中低速数据接口如USB1.1、RS232、RS485、RJ45、音频场合的TVS防护器件型号为：SMF、SMAJ、SMA6L、SMBJ、SMCJ、SMDJ、SP05X、SP10X、LV03X等。
应用于高速数据接口如USB2.0/USB3.0、HDMI、eSATA、DP、射频天线的TVS防护器件型号为：SP30XX、SP40XX、SP0524P、SP0504S、PGB1、PGB2等。
中低速应用场合和高速应用场合的TVS防护器件主要差异在于器件的结电容大小上，中低速应用中的结电容在数十pF级别，而高速应用中的器件结电容低至0.4pF~1pF。
在USB1.1电路中选择使用SP05系列TVS，最高防护电压为30KV，相比USB2.0或者3.0的高速信号线来说，SP05的寄生电容相对大些约30pF。当然SP05系列TVS用在RS232或者RS485应用场合也是可以的。
图3：二极管反转电压VS二极管结电容
笔者之前手上的USB 2.0设备在电路设计之初考虑不足，虽然也添加了TVS管，选用的是其他品牌的TVS管，该器件的结电容偏大且防护电压标称值和实际测试不统一；设备在打静电时，2KV就异常了，直接复位重启，再次打ESD还是重启；后面分析出原因后就寻找解决办法，通过littelfuse官方的推荐选择，实际USB3.0和USB2.0电路应用中选用SP3012-4通道和SP3012-6通道，这两颗TVS管的寄生电容极低约0.5pF，添加后8KV放电测试顺利通过。
图4：SP3012系列封装示例
图7：SP3012-6在USB3.0接口中的应用
通过实验，笔者也学习了个方法就是TVS 管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个TVS 管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。
当然，为了可靠性还是建议使用自身结电容小的TVS管比如SP3012系列。如果想让电路适应能力更强还可以在TVS管后端添加合适的LC电路环节或者共模电感环节，具体的根据实际需求去设计。
作者：坏机器人
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Billion Lv2. 工程师 2017-12-04格雷柏电子公司提供ES621系列动态电流电压曲线传输线脉冲测试系统（ES621 SeriesDynamic IV-CurveTLPSystem）----TLP or Vf-TLP 是一款先进的便携式脉冲IV-曲线特性表征系统，用于模拟静电放电脉冲事件，例如 TLP, vf-TLP, HMM, HBM, EFT, 和 低压浪涌。系统会检测脉冲期间皮秒或纳秒级的瞬态电压和电流波形，并测试脉冲前、后被测器件的状态（漏电流，击穿电压，偏置电流，静态IV曲线，等）。可测的DUT包括静电防护器件，半导体， -
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莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-30推荐使用力特品牌的产品。 -
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咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-29USB传输距离不太远，是近场传输的一个重要选择方式之一。- 世小强回复： 恭喜您获得我们的热评礼！
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莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-29力特的产品还是不错，之前用过，用的还算稳定。 -
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咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-28大神介绍了力特TVS的使用方法，学习了，以后可以试试应用于项目上。 -
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咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-28现阶段USB3.0在数据传输的各种形式中占有重要地位。 -
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莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-28现实几乎所有的电子设备上都配置有USB端口，可见其应用的广泛性。 -
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咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-28USB电路设计过程中防止电子干扰尤为重要。 -
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饮水者 Lv8. 研究员 2016-07-28推荐使用力特TVS保护USB电路。 -
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大胖 Lv6. 高级专家 2016-07-28TVS管SP3012系列个人觉得还算不错，工程项目上有应用。
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推荐世强代理Littelfuse的SIC二极管，交期短，供货稳定并可根据客户项目拿到原厂最好的价格优惠支持。
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