【经验】如何为以太网交换机USB2.0接口选择合适的ESD保护器件？

时间： 2018-07-17 来源：世强

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以太网交换机除大量的RJ45端口外，一般还配有USB2.0端口，可参考如下图1所示，USB2.0数据线都是由两根电源线（Vbus、GND）和两根信号线（D+、D-）四根线芯组成，其最高传输速率可达480Mbps，为避免USB接口因热插拔产生的静电对敏感电子器件的冲击，必须在USB数据线上加入一款防ESD的TVS阵列保护器件。

图1：以太网交换机前面板配有USB2.0端口实物图

在交换机应用上，TVS阵列选型时需要考量以下几点因素：

1、集成4路保护的双向TVS阵列，可分别保护USB电源Vbus、GND、数据线USB D+和USB D-等；

2、交换机应用对线路的附加电容非常小，选择的TVS阵列寄生电容建议小于1pF，不会对数据传输产生影响。

3、 ESD防护能力过IEC61000-4-2 4级认证：Direct Discharge ±8KV，Air Discharge ±15KV；

4、具有低漏电流特性

5、宽的工作温度范围，至少是工业级-40℃~85℃。

根据上面的设计要求，这里推荐一款Central semi公司推出的低电容ESD保护的4线硅二极管阵列 CMXESD70-4，其实物图和内部功能框图及pin脚定义参考如下图2所示，内部电路各个端子间不可能有二极管正向导通，该二极管阵列具有低电容、低空闲功耗和设计灵活等优点，可以用于保护四条I/O线和电源电压轨以及四线高速数据或传输线免受过电压瞬变和ESD损坏。

图2：CMXESD70-4 4线硅二极管阵列实物图、内部功能框图及pin脚定义示意图

下面再介绍下CMXESD70-4 4线硅二极管阵列电性参数，最大反向工作电压可达70V，有通过IEC61000-4-2 4级认证：±8kV Contact，±15kV Air， I/O对GND最大寄生电容仅1.0pF，而I/O对I/O最大寄生电容低至0.9pF，在最大反向工作电压70V条件下，最大漏电流仅1.0μA，而在3.3V反向工作电压条件下，漏电流低至12nA，更宽的工作温度范围-55℃~ +150℃，具体可参考如下图3所示。

图3：CMXESD70-4 4线硅二极管阵列电性参数

再提供下CMXESD70-4 4线硅二极管阵列用于USB2.0防护ESD设计时的接线方法，可参考如下图4所示。

图4：CMXESD70-4 4线硅二极管阵列用于USB2.0防护ESD设计时接线示意图

CMXESD70-4 4线硅二极管阵列为SOT-26封装，为小尺寸设计，可占用PCB板面积最大仅需3mm x 3mm=9mm²，可节省安装空间，非常适用于空间有限的ESD防护设计，其尺寸图参考如下图5所示。

图5：CMXESD70-4 4线硅二极管阵列封装尺寸示意图

最后，总结下CMXESD70-4 4线硅二极管阵列的竞争优势：

· 4线硅二极管阵列，可保护4条I/O线，非常适合USB2.0电源线和数据线保护，用1颗TVS阵列实现4路保护。

· 满足高速数据线ESD防护认证：IEC61000-4-2（ESD） ±15KV（air），±8KV（contract）

· 更低的寄生电容特性，I/O对GND最大寄生电容仅1.0pF，而I/O对I/O最大寄生电容低至0.9pF，不会对数据传输产生影响，绝对是一款保护高速信号线的ESD防护神器。

· SOT-26封装，可节省安装空间

· 更宽的工作温度范围：-55℃~+150℃

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全部评论（18）

五五分成 Lv7 资深专家 2018-10-08

Central semi公司推出的低电容ESD保护的4线硅二极管阵列CMXESD70-4，E1接口是否也可以使用？
- 回复：这个器件I/O对GND的寄生电容仅1.09pF，而I/O对I/O的寄生电容只有0.9pF，可用于调整信号线的ESD防护。
  查看全部1条回复
螳螂猫 Lv7. 资深专家 2018-11-15

这个还真的有，能保证交换机不受u口热插拔的影响，稳定第一
小z Lv6. 高级专家 2018-11-11

不错
秋天以北 Lv7. 资深专家 2018-11-11

学习
用户50283199 Lv7. 资深专家 2018-10-15

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国丰 Lv7. 资深专家 2018-10-15

学习了！
游来游去 Lv8. 研究员 2018-10-12

学习
春天里 Lv7. 资深专家 2018-10-11

好东西！
梦幻天涯 Lv7. 资深专家 2018-10-08

学习了
青岛中电利达电子有限公司 Lv6. 高级专家 2018-10-07

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