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ESD保护时怎样维持USB信号完整性

作者:时间:2010-01-04来源:网络收藏

2.0的数据传输率达480Mbps。手机、MP3播放器和其它电子产品中,通用串行总线()已经成为一项流行特性。使得数据在不同电子设备之间的传输更快更方便,对于那些使用USB2.0端口的产品而言尤为如此。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/166812.htm

随着常见文件的大小持续增加,高数据率也变得越来越重要。在这种等级的数据率,为数据线路增加任何电容都可能造成波形失真,导致数字数据传输的中断和/或故障。这就对USB2.0接口上使用的静电放电()器件提出了更高的要求。器件在正常数据传输期间必须对保持透明状态,而在系统级兼容性测试或应用现场中遭受实际ESD事件时,必须使受对象免受损伤或干扰。如今,设计人员面对着需要找到合适的ESD保护解决方案,既能保护敏感线路,又不增加会导致质量降低的电容的挑战。

USB2.0眼图

可以使用眼图来评估增加电容对带宽和信号质量的影响。眼图提供最低及最高电压电平以及信号抖动的数字信号。眼图将能够暴露出USB数据传输方面的任何问题。

通过在示波器的垂直轴对数字信号进行反复采样、同时采用相应数据率对水平时间扫描进行触发来生成眼图。所获得的图形看上去象眼睛,如图1所示。“眼睛”越大,数据越高。通常采用模板(mask)来对可接受的信号质量进行定义。这模板由“眼睛”中间的六角形和“眼睛”上、下的矩阵组成。如果测得的信号迹线穿越模板的边线,那么信号质量就不可接受。USB2.0信号模板规范由USB应用者论坛(USBIF,www.usb.org)提供,可参见USB2.0版规范第7.1.2.2章节。图1中显示了带有详细临界点的眼图。


图1、USB2.0眼图

不同电容范围保护器件的眼图评估。我们采用480Mbps数据率的USB2.0信号,测量了具有不同电容范围的三种不同保护器件的眼图,并将其与USB2.0模板进行比较。我们还评估了不带保护器件的电路板,用于比较和参考。通过将不同保护器件的眼图与没有保护器件的眼图进行比较,可以展现出由保护器件导致的信号衰减程度。需要说明的是,本文仅考虑ESD保护二极管的电容量及其对USB2.0高速信号的影响。在实际设计中,线路上的其它元器件或电路板本身也可能会增加电容。


图2、没有保护器件所测得的眼图

图2显示的是没有保护器件时的测试信号。这代表了没有信号衰减的纯粹USB2.0高速信号,因为线路上没有另外增加电容。


图3显示的是增加了0.5pF电容ESD保护器件(安森美半导体超低电容ESD器件ESD9L5.0ST5G)的USB2.0高速信号眼图。

这眼图反映出信号没有重要变化或区别。这0.5pF电容ESD器件由于电容值是如此之低,对数据信号的负作用可以忽略不
计。这就为设计人员提供了极佳的ESD保护选择,具有最高的灵活性,将电容预算留给增加其它元件。


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