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


图1为车载音响的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即为安森美的ESD防护器件——TVS阵列ESD7004MUTAG 。
图1 :USB3.0接口电路
以上的器件配置能抵御±15KV的ESD冲击,如果是卖给大众、尼桑等客户,它们的对USB3.0的ESD要求有的是±15KV,有的只要求±8KV,按之前的经验使用ESD7004MUTAG的话通过ESD是没有问题的,但这款车载音响,是卖给通用汽车的,通用汽车对USB3.0端口的ESD要求是±20KV,笔者发现当打ESD ±20KV时USB3.0传输功能断开,量测USB3.0端口的对地电阻,发现它对地短路了,因此判定这颗即为安森美的ESD7004MUTAG保护等级不足,不足以抵抗±20KV。经过分析后笔者选择了LITTELFUSE的TVS阵列SP1004U-ULC-04UTG在原位置替代ESD7004MUTAG来保护USB3.0端口,在打±20KV的情况下USB3.0端口不再损坏,为避免出现单体现象,取得实验的一致性,笔者拿了三台机器执行了同样的变动,结果均顺利通过了客户要求的±20KV ESD测试。
SP1004U-ULC-04UTG在USB3.0 ESD防护中更有优势的原因
为何USB3.0 ESD的防护上使用SP1004U-ULC-04UTG比选择ESD7004MUTAG更好?我们截取两者的详细参数进行对比(见表1):
表1 SP1004U-ULC-04UTG和ESD7004MUTAG参数对比表
可见除了它俩尺寸封装一样外,SP1004U-ULC-04UTG具有以下几个明显优势:
(1)更高ESD等级。如表1所示,在同样的IEC61000-4-2测试法规下,SP1004U-ULC-04UTG拥有±20KV的接触放电和空气放电等级,而ESD7004MUTAG只具有±15KV的接触放电和空气放电等级,显然 SP1004U-ULC-04UTG的ESD等级更高;
(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0.5pF的ESD7004MUTAG二极管阵列,SP1004U-ULC-04UTG只有最大0.22pF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。从表1可知,峰值电流1A时ESD7004MUTAG的钳位电压是10V,意味着峰值电流2A时其钳位电压会比10V更高,而SP1004U-ULC-04UTG的钳位电压在峰值电流2A时只有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;
(4)更低的反向漏电流。SP1004U-ULC-04UTG的反向漏电流只有50nA,远远小于ESD7004MUTAG的1uA反向漏电流,因而SP1004U-ULC-04UTG的功耗更小,效率更高。
综上所述,可见USB3.0的ESD防护上,Littelfuse推出的TVS阵列SP1004U-ULC-04UTG在电容量、标称ESD等级、钳位电压、反向漏电流这四方面方面均比ESD7004MUTAG更有优势,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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