【应用】SPA二极管阵列实现USB端口的瞬态干扰防护

时间： 2019-08-30 来源：世强作者：在路上

技术问答

通用串行数据总线（USB）接口技术经过二十年的发展，在消费、工业、通信、汽车等领域应用得非常广泛。从最初的1.5Mbps（USB1.0），480Mbps（USB2.0），5Gbps（USB3.0），到如今的10Gbps（USB3.1 Type C转换器），数据传输速度越来越快。与此同时，带来的EMC、EMI问题也越来越突出。

由于USB接口支持热插拔，并且在汽车领域应用中的带USB接口的电子设备如（车载充电器、车载多媒体系统、行车记录仪、车载逆变器、车载空气净化器等），在强电磁干扰环境下，由于供电电压的不稳定，加上人体直接接触所带有的静电，如果频繁的插拔，极有可能对这些设备的USB接口芯片造成损坏。因此在进行系统设计时，对USB接口（供电和数据总线）做相应的防护，非常有必要。而防护的手段，通常采用ESD TVS阵列来实现。

而对TVS阵列的要求如下：

1）对于USB2.0（数据传输率480Mbps），要求寄生电容<5pf；USB3.0数据传输率5Gbps，以减少高速速率下信号的衰减。

2）快速工作响应时间（纳秒），可以在ESD脉冲的快速上升时间内保护USB接口元件。

3）低漏电电流，以减少正常工作下的功率能耗。

4）ESD的耐受能力必须要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接触模式8kV ESD的轰击，在反复性的ESD情况下仍然完好无损。

5）在ESD事件发生期间所提供的箝制电压必须要够低，不能造成传输数据的损坏。

6）集成度高，封装面积小（体积小）。

针对上述应用需求，推荐采用LITTELFUSE推出的ESD保护SPA二极管阵列产品。其SPA二极管阵列产品系列丰富，针对不同应用需求都有对应产品，如SP1255集成13.5V TVS二极管，专门针对USB电源端口的保护；SP1255PUTG（12KV，0.5pF）采用2mmX1.8mm超小uDFN封装，可节省PCB面积，可为电流密集型应用提供一流的ESD保护；SP3014是寄生电容低至1pF的两通道二极管阵列，可降低对高速USB通信速率的影响；单独的单向TVS SP1003（30KV）通过AEC-Q101认证，满足USB通信ESD高可靠性要求。

图1是SP1255P的实物、引脚定义及应用图。图2是SP3014和SP1003的应用电路。下面以SP1255P为例看下Littelfuse SPA二极管阵列产品的更多更具体的性能特性。

SP1255P的主要特性：

• AEC-101认证

• RoHS环保

对USB电源引脚（VBUS）保护

• ESD，IEC 61000-4-2，±30kV接触，±30kV空气

• EFT，IEC 61000-4-4，80A（tP=5/50ns）

• 保护VBUS电压上升到12V

对USB数据引脚（D+，D-，ID）保护

• ESD，IEC 61000-4-2，±12kV接触，±15kV空气

• EFT，IEC 61000-4-4，40A（tP=5/50ns）

• 雷击IEC 61000-4-5 2nd，4A（tP=8/20μs）

• 0.5pF寄生电容

• 低钳位电压和动态电阻（0.3Ω）

• 快速充电时高电流处理能力

图1：SP1255P的实物、引脚定义及应用图

图2：SP3014和SP1003的应用电路

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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 - 208,251,494,PLEDXUX,253,SD,SE,SG,SH,259,4.0SMDJ,SL1002A,SM,15KPA-HRA,15KPA-HR,GTCX37-XXXM-R10,102074,102076,102079,102078,NANOSMDCH,GTCA28-XXXM-R03,NY61AP,262,102071,263,265,266,3.0SMC,267,DSLP,268,269,LOW RHOPTC,520 002,520 003,520 004,SL1003A,520 005,1KSMB,345101,MLA,LS24062RQ23,1210L,AQ36CANA-02HTG,445073,MLE,MHP-TAM15,272,273,MLN,M-SERIES,274,E-SERIES,275,278,279,AQ3102-02HTG,MHP-TAC6,803-01,MHP-TA,285,AQ3041,SMBLCE-HRA,PLEDXUSXA,SP4322-01ETG,AQ3045,TP1.5KE,SP4208,SC1205-01ETG,820-20 SERIES,354 SERIES,CG33.0L,SP11XX,359 SERIES,MS-SERIES,111 SERIES,100 SERIES,NANOSMDC,346877,PICOASMDCH010F-2,340 SERIES,AHRF300,AHEF,342025,342024,342021,ZA,AQ3400,XGD,FH604,AQ1250-01ETG,PXXX3ACMC,FH602,PXXX6U,SP4010,342006,PLEDXN,SZD200,HG34,PLEDXS-A,J-SERIES,824 SERIES,FEMTOASMDC,ITV5432 30A,AK6-Y,557 SERIES,SL1021A,SL1021B,SP4020,SP4022,SP4021,SMDCH,SP4024,281010,SP4023,PLED,MINISMDC,AXXXXUX6,254 011 - 008,SMTAK3,PXXX0Q22XLH,MHP-TAM6,AK15,445005,281007,154T,281008,281005,AK10,AQ1005,51800001009,PXXXXS4X,ITMOV,354701 SERIES,483A,445004,LS05006VPQ33,SP4044,BXXX1UC4,SP4045,5200001,SMBJ,AQXX-01LTG,AQ7538-08UTG,SP1064E-04UTG,TCF250,SMTOAK2,SMAJ,AQ7520-08UTG,PXXX3AX,NANOASMDC,461E,811 SERIES,800 SERIES,157T,FC51,PXXX1U,PXXX1S,TRF250,SMBJ-HRA,SMDJ,CG3,SP3384NUTG,CG2,CG5,CG4,2205,CG7,B3XX4UX,CG6,VLP,VLR,0603L,PLEDXUX-A,SMCJ,PICOASMDC,LS0504EDD12,SMD2,PXXX0Q22C,GTCX35-XXXM-R05,SMDJ-HR,SMDC,TMOV34S,AHRF,440A,AXGD10603NR,K-SERIES,TPSMC-VR,H-SERIES,SZ1SMB,SZ1SMC,SZ1SMA,219XA,AK20-Y,ITV9550L2030MR,441A,SZ1.5SMC,SP1250-01ETG,C-SERIES,SC1210-01ETG,TB-SERIES,0402L,ITV9550 45A,AHRL,DHB34,FHN26W,AUML,TP6KE,LTKAK3,AQRV05-4HTG,LTKAK2,72R,977,TLP,LTKAK6,AQ15CANA-02HTG,PXXX3AC,SP3205-01ETG,501,3452 SERIES,504,505,506,507,GTCX23-XXXM-R01,508,8.0SMDJ,PXXX3U,100060,100061,100062,122090,100063,100064,100065,PXXX0SX,100066,SC1533-01LTG,SPHV-C,AHS,122093,150318,TS600,150319,150316,150317,150315,AQ3102-02JTG,150312,513,514,100058,100059,2016L,286377,122088,122087,559 SERIES,122083,GTCX26-XXXM-R05,521,523,AK15-Y,100067,526,150322,527,PXXX2SXLH,SL1411A,AK1,AK3,AK6,VTP,422A,SMCJ-HRA,ASMD,C-III,SR70,0805L,860 SERIES,RHEF,SMF3.3,303,304,305,308,35409,35408,35407,35406,TPSMA6L,PXXX2SX,SP724,SP725,SC1115-01UTG,TSL250,LOW RHO,HMOV,SP723,SP720,SP721,312,313,30R,314,556,315,557,559,318,SLD6S,SP1305,SP712,560,562,322,564,324,325,326,328,SLD5S,CX-SERIES,570,571,332,SLD8S,PXXX0SD,576,TRF600,PICOSMDC,3.0SMCJ,SZSMF,LS1205EVD33,SP1326,AQ12CANA-02HTG,340,150307,100,342,FHN20G,344,345,35407 SERIES,348,SMAJ-HRA,150300,AUMOV,LTKAK10,445 SERIES,SC1333-01ETG,RUEF,GTCX25-XXXM-R02,GTCX25-XXXM-R05,LS0502SCD33,111,354,356,52000001009,359,824-20,SP3420,150274,RUSBF,SP1003,SP3422,PXXX0ME,564 SERIES,SP2555NUTG,51900001009,10207101009,520 101,369,SL1122A,571 SERIES,SP1233,AQ2555NUTG,SP1255P,600R,PXXX4UX,WB07B0606LG,370,372,1.5SMC,TLPA,373,1.5SMB,374,SZSMF4L,377,820 SERIES,254 131,PXXX1CX2,SEPXXXXQ38,00300210,SZW200,TP5.0SMDJ,523 SERIES,SP1005,SP1006,CG32.0L,382,AQ1205-01FTG,383,385,35409 SERIES,407A,V14H460AUTO,SMA6L,391,392,CG32.5L,N-SERIES,SMA6J,395,3425L,F-SERIES,154,396,397,398,157,399,159,SC1122-01UT

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Littelfuse（力特） SLD TVS二极管数据手册

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Littelfuse（力特） SP1003 TVS二极管阵列数据手册

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数据手册 - LITTELFUSE - Revised: 02/23/17 - 2017年02月23日 PDF 英文下载

Littelfuse（力特）电路保护器件在无人机的应用

描述- 适用于无人机的Littelfuse（力特）保护方案

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应用及方案 - LITTELFUSE - 2016年11月28日 PDF 中文下载

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Littelfuse推出的LRU系列保险丝减压器，允许将较小尺寸的保险丝安装到现有的保险丝夹中，以防止过度熔断，广泛应用于通信设备、工业电子、汽车电子、消费电子等领域。

新产品发布时间 : 2019-03-28

Littelfuse（力特） P6SMB系列TVS二极管数据手册

型号- P6SMB,P6SMB24CA,P6SMB47CA,P6SMB160CA,P6SMB540CA,P6SMB43A,P6SMB220CA,P6SMB68A,P6SMB56A,P6SMB150A,P6SMB530A,P6SMB300A,P6SMB16A,P6SMB110A,P6SMB110CA,P6SMBXXXXX,P6SMB36CA,P6SMB13CA,P6SMB82A,P6SMB9.1A,P6SMB30A,P6SMB250CA,P6SMB39A,P6SMB27A,P6SMB15A,P6SMB20CA,P6SMB43CA,P6SMB62CA,P6SMB27CA,P6SMB91CA,P6SMB200CA,P6SMB100A,P6SMB30CA,P6SMB180A,P6SMB16CA,P6SMB39CA,P6SMB12CA,P6SMB58CA,P6SMB400CA,P6SMB13A,P6SMB480CA,P6SMB510CA,P6SMB220A,P6SMB8.2CA,P6SMB170CA,P6SMB350CA,P6SMB68CA,P6SMB22CA,P6SMB120CA,P6SMB510A,P6SMB91A,P6SMB75A,P6SMB51A,P6SMB36A,P6SMB130A,P6SMB24A,P6SMB12A,P6SMB550A,P6SMB75CA,P6SMB10CA,P6SMB170A,P6SMB15CA,P6SMB9.1CA,P6SMB11CA,P6SMB150CA,P6SMB530CA,P6SMB400A,P6SMB10A,P6SMB62A,P6SMB47A,P6SMB250A,P6SMB480A,P6SMB11A,P6SMB440A,P6SMB100CA,P6SMB6.8CA,P6SMB58A,P6SMB120A,P6SMB22A,P6SMB350A,P6SMB18A,P6SMB180CA,P6SMB540A,P6SMB51CA,P6SMB160A,P6SMB18CA,P6SMB6.8A,P6SMB130CA,P6SMB300CA,P6SMB33CA,P6SMB56CA,P6SMB550CA,P6SMB7.5A,P6SMB20A,P6SMB8.2A,P6SMB82CA,P6SMB33A,P6SMB440CA,P6SMB200A

数据手册 - LITTELFUSE - 2016年04月13日 PDF 英文下载

Littelfuse（力特） AQ3118 TVS二极管阵列数据手册

型号- AQ3118-01ETG,AQ3118,AQ3118-01

数据手册 - LITTELFUSE - Revision: 08/01/16 - 2016年08月01日 PDF 英文下载

【选型】TVS阵列SP1004U-ULC-04UTG替代ESD7004MUTAG，提升车载USB3.0抗静电等级

笔者设计的一款车载音响其USB3.0总线端口为抑制ESD，在其输入输出总线上加了安森美的TVS阵列ESD7004MUTAG，但在ESD实验中USB3.0的信号端口被打坏，经对比分析选用了Littelfuse（力特）的TVS阵列SP1004U-ULC-04UTG替代ESD7004MUTAG后可以通过客户要求，因此SP1004U-ULC-04UTG在ESD防护上更具优势。

器件选型发布时间 : 2018-10-12