USB信号的发展
通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)从诞生后发展到今天,已有20年。伴随着计算机技术的迅猛发展,USB协议从1.1过渡到2.0,再由2.0到现在的3.0,作为其最重要的指标的设备传输速度也从1.5Mb/s的低速和12Mb/s的全速提高到现在的5Gb/s。USB作为过去几年里计算机和嵌入式系统领域中的热点,推动了计算机外设的飞速发展。毫无疑问,USB已经占领了PC和外设的市场。
USB3.0超高速度工作模式(双向数据传输模式)以下示意图
USB3.0接口简介
新的USB3.0连接器的基本要求是,必须向下兼容USB2.0连接器。从静电防护的角度而言,这导致标准A连接器的超高速度模式线路很容易被静电击中。一种强有力的对策是在USB3.0线路增加静电防护机制。
USB3.0数据线截面图
USB3.0同时支持USB2.0功能和新的超高速度模式,电缆必须采用新的结构,以提供三条差分耦合信号线(Tx+/Tx-、Rx+/Rx-和D+/D-)。Vcc线和接地线也是电缆中不可或缺的组成部分。
最新USB 3.0协议被开发用于提供更高的数据传输速率,并通过支持每个端口上的更高电流水平提高供电能力。它包含新的电源管理功能,以及可向后兼容USB 2.0设备的新电缆和连接器。最显着的变化是,4条附加的铜数据线被平行地增加到现有的USB 2.0总线中。这些附加的铜数据线被用来传输超高速数据,但也会传输ESD和其它有害的瞬态电压。 USB3.0静电防护布局设计建议
在整个USB3.0线路布局设计中,应考虑下列因素:
1、所有PCB线路和互联线缆均强制要求采用完全阻抗匹配的 90欧姆差分设计。
2必须最大限度地减少非差分耦合线路。非差分耦合线路会严重影响眼图内眼张开程度。
3、90欧姆差分耦合PCB线路的线路宽度和线路间隔不应太窄,以避免造成额外的损耗,并且这些线路应当足够结实,以便于生产。从生产的角度而言,差分线路的理想线宽为0.3毫米,线路间隔为0.2毫米。这会形成200微米的电介质高度。(假设:FR4,且er=4)
4、差分耦合线路的正极和负极线路(包括USB3.0电缆)之间的延迟(线路长度)完全相同(最大限度地减小削弱斜率)。对于保护很高的信号完整性和避免生成共模信号,这一点很重要。
标准A连接器+韬略TVS静电管在USB3.0布局设计建议
为了给USB3.0超高速线路提供静电防护,USB3.0新增信号线Tx+/Tx-和Rx+/Rx-四条信号线使用韬略四线静电防护器件TEVA0R4V05D4X(典型容值为0.4pF),D+/D-两条信号线各使用一颗单线静电防护器件TEVB0R5V05B1X(典型容值为0.5pF).
ESD Clamping(8kV Contact per IEC 61000-4-2)
为了给USB3.0超高速信号线提供静电防护,韬略TEV系列静电抑制器具有极低的钳位电压(Vc),典型钳位电压只有十几伏。能很好地保护信号传输。
加韬略静电防护器件前后眼图对比图
TEVA0R4V05D4X(典型容值为0.4pF),TEVB0R5V05B1X(典型容值为0.5pF),这两款静电防护器件具有极低的容值,在完美防护静电干扰的同时不会影响USB3.0高速数据的信号完整性。
希望通过此短文的简单介绍,能帮助到大家。如有任何纰漏或咨询可联系我司!