【应用】SPA二极管阵列实现USB端口的瞬态干扰防护
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
相关技术文档：
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Littelfuse SP1255P瞬态抑制二极管阵列数据手册 详情>>>
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LITTELFUSE General Purpose ESD Protection TVS Diode Array选型表
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产品型号
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品类
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AEC-Q101 Qualified
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Standoff Voltage (V)
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ILeak (μA)
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ESD Contact (kV)
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ESD Air (kV)
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Lightning Immunity (8x20μs) (A)
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Clamp Voltage
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CI/OTYP (pF)
|
Polarity
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Channels
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MIN VBR@IT (V)
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Operating Temperature（℃）
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Package
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SC1006-01LTG
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TVS Diode Arrays
|
No
|
6
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0.5
|
±30
|
±30
|
5
|
8.3V@1A
|
25
|
Unidirectional
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1
|
N/A
|
-40° to 125°C
|
SOD523
|
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