【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

时间： 2018-09-13 来源：世强

技术问答

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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全部评论（12）

地瓜糖 Lv6. 高级专家 2018-12-26

感谢分享！
工控老鬼 Lv8. 研究员 2018-12-25

收藏了
Harlin Lv5. 技术专家 2018-12-21

好东西啊
李四 Lv7. 资深专家 2018-12-06

学习了
OutstandingEngineer Lv6. 高级专家 2018-12-04

很好的文章。

用户86910647 Lv5. 技术专家 2018-12-03

不错
人到中年 Lv7. 资深专家 2018-12-03

学习
AOD Lv6. 高级专家 2018-11-21

学习了
NASA911 Lv8. 研究员 2018-11-14

学习了
gaogao Lv7. 资深专家 2018-11-10

好东西，很实用

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