【技术大神】USB3.1 TYPE-C端口的防护策略
目前电路中速率越来越高，要求系统可靠性也越来越高。电路设计中对于高速率设计处理不好，很容易造成设备各种故障，故电磁兼容设计非常重要。USB3.1 TYPEC实现人机交互功能，在工控机里面非常重要，故高速信号防护特别需要关注。
在笔者参与设计的一款工业应用的工控机中，CPU需外带两个USB3.1 Type-C端口，实现人机交互功能，可以外挂硬盘，挂显示屏等。由于USB3.1 Type-C可以实现一口多用，所以得到广泛的应用，如下图1所示。
图1：USB3.1 TYPEC一口多用
工控机一般应用在比较恶劣的环境下，在研发过程中需要做很多的测试，例如静电放电和快速脉冲群测试。我们在研发这款工控机的时候，做上述的测试出现显示不正常、数据中断的情况。在检查电路设计时，也改用A家的静电放电器件，但是上述问题依然未能得到解决。这个问题也折腾了一段时间，后面找了世强的技术咨询，推荐使用其代理的LITTELFUSE型号为SP3022的TVS阵列。参看了SP3022 TVS二极管阵列的数据手册，发现其具有0201尺寸的封装，国内厂家能够做到的最小也就是0402封装，小的尺寸对于布线有很大的好处。能够抵御20KV的ESD和40A（5/50ns）的EFT干扰，具有极低的节电容，低至0.35pF，是USB3.1 Type-C极好的解决方案。
于是我们决定采用该TVS改版PCB版，在原先板子更换重新做了实验，效果得到明显改善，显示数据中断和花屏的情况基本改善。由于国产A厂家和SP3022的尺寸不一致，对PCB进行了重新的改板，并在线路中串了共模电感，来用来改善EMI设计，详细的电路设计如图2所示。经过重新的改版设计后，重新做了实验，效果得到明显改善，显示数据中断和花屏的情况基本改善，彻底解决了上述的技术问题，能够顺利通过工业四级的EMC要求。
图2：USB3.1 TYPEC电路设计
TVS选取的结电容与信号的频率有一定的关系，在高速电路设计要注意TVS的选型，选型不当会导致信号质量下降，信号保护不好，速率与TVS节电容比照表，如图3所示。
表1：速率与节电容比照表
如下是采用Littelfuse的SP3022器件后，测量USB3.1 Type-C在10Gbit/s下的眼图，测试效果很好，对信号质量没有影响，图4为加TVS后USB3.1 Type-C在10Gbit/s下的眼图。
图3：加TVS后USB3.1 Type-C在10Gbit/s下的眼图
综上总结，工程师在TVS选型时应该注意：
1）可以找世强或Littelfuse原厂工程师根据你的电压、速率和接口要求，选取合适的电压、结电容、封装的TVS管。这样可以大大节约工程师的时间，提高效率，提高产品检测的成功率。
2）在PCB布线时需要注意的是，对于高速信号需要走内层，需要有完整的参考平面，TVS接到高速信号线上需要走线短，接地的线也要尽量短，最好参考芯片的PCB设计规则。如果走线不好，可能导致信号质量变差，TVS的效果变差。
3）Littelfuse能够提高各种封装、结电容及防护等级的保护器件产品，能够让客户有更多的选择，产品远优于同级别的其他产品，能够有效的对电路的高速接口提供静电、浪涌和快速脉冲群的防护。
作者：drwyh
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海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2017-11-13USB3.1 TYPE-C端口使用的越来越普及了 -
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大欢哥 Lv7. 资深专家 2017-07-19涨见识了 -
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莺莺 Lv7. 资深专家 2017-06-23写的很好
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型号- PXXX0SAMC,LS2406ERQ23,1812L,LVR,SPHV,30KPA-HR,456SE,456SD,15KPA,345 SERIES,ITV9550 30A,AQ24CANFD,SDP,AC,RUEF110S,LS2406ERQ33,PXXX2AC,MICROSMDCH,562 SERIES,AQ1003-01ETG,SDPXXX0T023G5,150603,800,801,802,804,806,807,BA,808,BB,PGB2,PGB1,P4SMA,TSM600,PTF070,MICROASMD,SC1103C-01UTG,PTF078,PTF077,LS0504EVT233,PTF075,AQXXC-01LTG,810,811,356 SERIES,5KP,813,FB65,814,FB66,CA,CG,CH,PTF080,286677,PICOASMDCH,PXXX2AX,MINIASMDC,SMF4L,121004,B61089BDR,282008,121001,282007,820,121003,AK10-Y,821,121002,282002,823,824,282001,FB55,DA,828,DB,FB58,NANOASMDCH,820-20,830,831,834,835,TP5KP,101001,3453,3452,605,606,RKEF,607,PXXX2ACMC,LS12052BD33,AGRF,PTF0080M,B61089QDR,RUEF135V,850,851,852,3455,853,AHEF100,60R,617,618,GTCX36-XXXM-R05,PXXX0Q12X,860,862,HA,HB34,GTCX36-XXXM-R10,2920L,SP8008,AQ4337-01ETG,155 SERIES,P6SMB,803-01 SERIES,SLD,810 SERIES,870,PTF015,874,875,876,342 SERIES,877,5.0SMDJXXS-HRA,348 SERIES,30KPA,SM7,SM24CANB,SMCG-HR,TSV250,FC09B1606NL-0,SMD,SMF,TPSMB-VR,881,35408 SERIES,OMN002,400,OMN004,885,35406 SERIES,881 SERIES,OMN006,646,405,647,V20H275AUTO,407,649,RXEF,101010,52100001009,AQ24CANA,AQHVXX-01LTG,656,101002,PXXXXDF,658,101003,5KPA-HR,824-20 SERIES,5.0SMDJ,570 SERIES,AQ3530-01FTG,B-SERIES,662,663,422,664,665,LA,SMBLCE-HR,L-SERIES,AQHVXX-01LTG-C,PTF050,SC1105-01UTG,PTF055,G-SERIES,435,437,438,A-SERIES,870 SERIES,PTF065,440,RGEF,437A,441,SP1103C,443,202,203,254 121,445,446,688,447,3453 SERIES,448,449,208,209,TR600,04450001,PTF030,438A,451,SRP,452,453,454,TSM250,PTF035,213,456,215,821 SERIES,458,216,LV ULTRAMOV,459,217,218,SP3401,SP3400,AQ3522-01FTG,TPSMC,FHN26G2,TPSMB,PTF040,TPSMD,LS2405IDD23,PTF045,460,461,5KPA-HRA,462,220,464,465,466,224,467,225,576 SERIES,468,254 101,229,BXXX0CX,SL0902A,102080,470,BXXX1UX,471,472,230,473,232,233,501A,476,234,235,477,MIDSMD,PXXX4UCMC,239,MHS,850 SERIES,813 SERIES,AQ1205-01ETG,483,RA,485,487,802 SERIES,259UL913,ITV4030 22A,SM20,345121,102064,254 201 - 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