【成功案例】提升USB3.0的布线设计质量秘诀：四通道二极管阵列SP1004U-ULC-04UTG
USB3.0有发送和接收两对传输线对，走线众多，如用单通道TVS对其进行ESD防护势必造成PCB布线困难、USB走线不平衡，从而导致占PCB空间过大及EMC恶化，另一方面，使用多个单通道TVS成本上也会升高；而使用四通道二极管阵列SP1004U-ULC-04UTG则可以解决上述问题，减小布线占用空间、改善EMC、提高ESD等级并降低物料和制造成本。
笔者曾经设计的一款车载域控制器采用了USB3.0模块，在初始设计阶段使用的是TE Connectivity的单通道TVS产品PESD0603-240对USB3.0接口进行ESD防护，经过评估分析，改为采用LITTELFUSE推出的四通道二极管阵列SP1004U-ULC-04UTG，此举能减小USB3.0接口布线占用的PCB面积、改善ESD性能，并能减小物料和制造成本，可谓一举三得。
USB3.0接口电路
图1为域控制器的USB3.0接口图（下图只列出了跟本文相关的USB3.0接收和发送的传输电路部分），它包含两对传输线，USB3S0_TX_P、USB3S0_TX_M为发送，USB3S0_RX_P、USB3S0_RX_M为接收，ATT/ATT2为两对传输线上的共模电感，起着改善EMC的作用；
图1右侧为USB3.0接口，它外接传输线缆，是外部ESD噪声的入口，因此必须放置ESD防护器件，图中红圈内的D即为Littelfuse推出的ESD防护器件--四通道二极管阵列SP1004U-ULC-04UTG。
图1 USB3.0接口电路
SP1004U-ULC-04UTG在USB3.0 ESD防护中的优势
为何USB3.0 ESD的防护上使用SP1004U-ULC-04UTG比选择单通道的TVS更好？是因为它具有以下几个明显优势：
（1）小尺寸。如图2所示，SP1004U-ULC-04UTG采用超小尺寸DFN封装，外形尺寸2.5*1.0mm，仅仅相当于0805尺寸，如果采用单通道TVS，每一颗TVS尺寸一般为0603（PESD0603-240就是0603尺寸），用在USB3.0上则需要4颗，采用4颗TVS其尺寸空间显然比采用一颗SP1004U-ULC-04UTG要大得多，因此，使用SP1004U-ULC-04UTG不仅能够简化走线布局，也能显著节约PCB空间；
同时，简化走线后，USB3.0差分走线的平衡性大大加强，可以进一步改善产品的EMC性能；
图2 SP1004U-ULC-04UTG实物及其DFN封装图
（2）极低电容量，保障高速信号质量。USB3.0的信号频率高达5Gbps，相对于电容量0.25pF的TVS管PESD0603-240或其它更高电容量的单通道TVS，SP1004U-ULC-04UTG只有0.2pF的极低电容量，可更好的保护USB3.0的信号质量不被影响，保障信息数据正常传输。
（3）更低的钳位电压。从图3可知，PESD0603-240的钳位电压是45V，而SP1004U-ULC-04UTG的钳位电压只有9.2V，它能在更低的电压起作用把高压钳位在较低的电压幅度，把更多的电流瞬间导到大地，从而干净完整的把过压过流噪声旁路掉，因而ESD等级更高；
图3 PESD0603-240电气参数
（4）提供双倍ESD泄放路径，ESD等级更高。从图1和图2我们可以看到，SP1004U-ULC-04UTG提供2条泄放路径对应同一条信号线，比如PIN1/PIN10对应同一根信号线，相对于单通道的TVS管，它提供了双倍的ESD能量泄放路径，因而ESD等级更高；
（5）价格。USB3.0上使用一颗SP1004U-ULC-04UTG代替4颗单通道TVS管，物料价格更低，另外，制造工序更少因而制造成本也更低。
综上所述，情况十分明了，USB3.0的ESD防护上，Littelfuse推出的四通道二极管阵列SP1004U-ULC-04UTG在电容量、尺寸、钳位电压、泄放路径数、价格方面均比采用单通道TVS管更优优势，因此它是车载电子产品USB3.0线路ESD保护的首选器件。
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地瓜糖 Lv6. 高级专家 2018-12-26感谢分享！ -
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工控老鬼 Lv8. 研究员 2018-12-25收藏了 -
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Harlin Lv5. 技术专家 2018-12-21好东西啊 -
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李四 Lv7. 资深专家 2018-12-06学习了 -
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OutstandingEngineer Lv6. 高级专家 2018-12-04很好的文章。 -
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用户86910647 Lv5. 技术专家 2018-12-03不错 -
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人到中年 Lv7. 资深专家 2018-12-03学习 -
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NASA911 Lv8. 研究员 2018-11-14学习了 -
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gaogao Lv7. 资深专家 2018-11-10好东西，很实用
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Littelfuse（力特） 连接器&保护器件快速参考指南
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型号- LVR100K-240-AP,SESD,RF2943-000,LVR,TM2P-10271-2,2PRO,LVR016S,LVR125S,SESD0802Q4UG-0020-090,LVR012K-2,PESD,LVR200K-240-AP,LVR012S-1,LVR012S-2,RF2945-000,SESD0201X1BN-0015-096,LVR016K,LVR008NS,LVR033K-2,LVR075S-240,RF3923-000,PESD0402-240,LVR100S-240-AP,SESD1004Q4UG-0030-088,LVR008NK,LVR033S-2,LVR125K-240,SESD0402Q2UG-0030-088,RF3917-000,LVR055K,LVR200K-240-2,LVR100S-240,SESD0201X1UN-0030-088,LVR100S,RF3076-000,LVR055S,RF2193-000,SESD1103Q6UG-0020-090,PESD0603-240,LVR100K-240-2,LVR125K-240-2,LVR200S-240-AP,LVM2P-035R14431,SESD0402X1UN-0030-088,LVM2P-015R10431,RF3920-000,LVR200S,RF3078-000,LVR008NS-1,LVR008NS-2,SESD0201X1BN-0010-098,LVM2P-075R14431,LVR100S-240-2,LVR008NK-2,LVR005NS,RF3925-000,LVR005NK,LVR033K,SESD0402Q2UG-0020-090,TM2P-10271,SESD1004Q4UG-0020-090,LVR200S-240,LVR033S,LVR040S-1,LVR100K-240,LVR200K-240,LVR040S-2,RF3918-000,LVR075K-240-2,LVR125S-240-2,SESD0402X1BN-0015-096,PESD1206Q-240,LVR025K-2,LVR040K,LVR012K,LVR025S-2,LVR040S,LVR040K-2,LVR012S,SESD0402X1UN-0020-090,LVR016S-2,LVR016S-1,LVR075S-240-2,LVR016K-2,LVR125S-240,RF3077-000,LVR075K-240,LVR075S-240-AP,LVR075S,LVR075K-240-AP,RF3922-000,LVR005NK-2,SESD0402X1BN-0010-098,RF2192-000,LVR055S-1,LVR075S-1,LVR055S-2,LVR075K-1,LVR005NS-1,LVR005NS-2,LVR125K-240-AP,LVR125S-240-AP,RF2946-000,LVR200S-240-2,PESD0402-140,LVR025K,SESD0201X1UN-0020-090,LVR025S
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描述- 本资料介绍了低电容TVS二极管阵列系列，适用于高速串行接口的保护。该系列产品提供单向ESD保护，具有极低的漏电流和动态电阻，适用于高速度接口以保持高带宽信号完整性。
型号- SP0402U-ULC-02ETG,SPXXXXU-ULC-02XTG,SP1004U-ULC-04UTG
PCN#ESU270-77–TVS二极管阵列器件停产
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型号- RF2193-000,AQ1026-01UTG,SC7538-08UTG,SRV05-4HTG-D,SP5001-04TTG,RF3918-000,RF2192-000,SP3002-04UTG,AQ7538-08UTG,SP0201U-ULC-01UTG,RF3923-000,SR05-02CTG,SP3012-06UTG,SP0502BXTG,SP0201B-ULC-01UTG,RF3917-000,SP1007-01WTG,AQ3102-02JTG,AQRV05-4HTG,SRV05-4HTG,SC1004U-ULC-04UTG,SP1004U-ULC-04UTG,SP1026-01UTG,SP1050-04BTG
Littelfuse（力特） PESD0603-240 ESD 数据手册
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型号- PESD,PESD0603-240
超低电容二极管阵列系列TVS二极管阵列规格书
描述- 本资料介绍了低电容TVS二极管阵列系列，适用于高速串行接口的保护。该系列产品提供单向静电放电（ESD）保护，具有极低的漏电流和动态电阻，同时保持高带宽信号完整性。产品符合ELV标准，无卤素、铅免费且符合RoHS指令。
型号- SP0402U-ULC-02ETG,SPXXXXU–ULC–02XTG,SP1004U-ULC-04UTG
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型号- SP1015,SP1015-04,SP1015-04WTG
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型号- SP724AHTG,SP724,SP724 SERIES
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型号- SP0402U-ULC-02ETG,SPXXXXU-ULC-02XTG,SP1004U-ULC-04UTG
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