為了利用USB4?（或Thunderbolt? 4）的完整數(shù)據(jù)速率，通常在超高速數(shù)據(jù)線上使用重定時(shí)器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器設(shè)備。這對(duì)ESD保護(hù)方法有影響，這可能并不完全明顯。典型的USB3.2系統(tǒng)的走線長(zhǎng)度可能超過(guò)100 mm。重定時(shí)器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器器件的放置將導(dǎo)致走線長(zhǎng)度顯著縮短，從而對(duì)信號(hào)走線電感產(chǎn)生積極影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，10 mm走線長(zhǎng)度大約相當(dāng)于3-3.5 nH的電感。雖然從信號(hào)完整性的角度來(lái)看，降低走線電感肯定是可取的，但降低ESD保護(hù)和受保護(hù)系統(tǒng)之間的電感也會(huì)增加受保護(hù)系統(tǒng)看到的峰值電壓。

ESD失效機(jī)制和走線長(zhǎng)度

受保護(hù)IC有兩種主要的ESD故障機(jī)制。一種是由流入IC的剩余電流引起的熱故障。在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，該電流取決于進(jìn)入IC的路徑的導(dǎo)通電阻比與通過(guò)ESD保護(hù)的接地路徑的導(dǎo)通電阻比。

第二種ESD故障機(jī)制超過(guò)了受保護(hù)系統(tǒng)收發(fā)器中柵極氧化物上的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。為了降低電場(chǎng)強(qiáng)度，應(yīng)將受保護(hù)芯片看到的峰值鉗位電壓降至最低。這種動(dòng)態(tài)效應(yīng)不能通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)考慮來(lái)捕捉。減小信號(hào)走線長(zhǎng)度可減小電路板電感Lb在外部ESD保護(hù)和受保護(hù)芯片之間。對(duì)于其他不變的系統(tǒng)，這將增加危險(xiǎn)的ESD峰值電壓。

確定峰值抑制性能

為了應(yīng)對(duì)這種影響，Nexperia剛剛發(fā)布了首款采用最新TrEOS技術(shù)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品針對(duì)峰值電壓降低進(jìn)行了優(yōu)化。但是，如何發(fā)現(xiàn)哪種保護(hù)設(shè)備適合保護(hù)哪種系統(tǒng)呢？為支持設(shè)計(jì)工程師為其系統(tǒng)選擇合適的保護(hù)器件，Nexperia為其高速ESD器件提供了全動(dòng)態(tài)系統(tǒng)高效ESD設(shè)計(jì)（SEED）仿真模型。與準(zhǔn)靜態(tài)模型相反，全動(dòng)態(tài) SEED 模型還允許對(duì)峰值電壓抑制進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真。

確定ESD保護(hù)器件的峰值抑制性能并不像人們想象的那么簡(jiǎn)單。ESD槍設(shè)計(jì)用于測(cè)試完整系統(tǒng)的魯棒性，但缺乏顯示敏感收發(fā)器系統(tǒng)中峰值電壓的精度。即使在未更改的系統(tǒng)中的兩次測(cè)量之間，差異也可能很大。與ESD噴槍測(cè)量相比，傳輸線脈沖（TLP）測(cè)量可以顯示出顯著更高的再現(xiàn)性。但是，數(shù)據(jù)手冊(cè)通常僅顯示保護(hù)器件導(dǎo)通時(shí)采樣的標(biāo)準(zhǔn)TLP I（V）曲線。選擇100 ns脈沖長(zhǎng)度來(lái)評(píng)估IEC61000-4-2 ESD脈沖的熱故障模式。

為了評(píng)估峰值電壓，需要進(jìn)行非?？焖俚腡LP（vfTLP）測(cè)量。這是對(duì)脈沖開始時(shí)發(fā)生的短過(guò)電壓的最準(zhǔn)確測(cè)量，可以在第一個(gè)納秒內(nèi)研究超過(guò)瞬態(tài)觸發(fā)效應(yīng)。

重新定時(shí)器在運(yùn)行

為了舉一個(gè)實(shí)際的例子，我們比較了兩個(gè)具有相當(dāng)電容的ESD保護(hù)器件的鉗位。雖然兩個(gè)器件的標(biāo)準(zhǔn)TLP鉗位電壓相當(dāng)，因此ESD脈沖的第二個(gè)峰值的能量抑制，但我們直觀地假設(shè)紅色器件比藍(lán)色器件具有更好的峰值電壓抑制。上升時(shí)間選擇為600 ps，以表示IEC61000-4-2脈沖的第一個(gè)快速峰值。

a） 100 ms TLP I（V） 測(cè)量和 b） 0.6 / 5 ns VFTLP I（V） 測(cè)量

在第一種情況下，盡管TLP觸發(fā)電壓更高VT1藍(lán)色曲線表示，同一器件在保護(hù)范圍內(nèi)提供較低的vfTLP峰值電壓，從而導(dǎo)致IC上的峰值電壓較低。另一個(gè)好處是，藍(lán)色器件的反向關(guān)斷電壓更高 VRWM允許在 USB 類型 C? 環(huán)境中直接放置在連接器后面。這樣做的好處是在保護(hù)和IC之間增加了更多的電感，從而進(jìn)一步降低了峰值電壓。在白皮書《為 USB4 選擇 ESD 保護(hù)器件》中，我們討論了 USB Type-C 可以將具有更高電壓規(guī)格限制的 USB3.2 系統(tǒng)連接到 USB4 系統(tǒng)。因此，USB4 的保護(hù)器件應(yīng)該向后兼容 USB3.2 關(guān)于 VRWM當(dāng)放置在連接器的正后方時(shí)。在此位置，它還為交流耦合電容提供保護(hù)。

提供實(shí)用的解決方案

在USB4環(huán)境中使用重定時(shí)器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器器件將縮短ESD保護(hù)和受保護(hù)IC之間的信號(hào)走線，從而降低電路板走線電感Lb.雖然較短的走線肯定有利于信號(hào)完整性，但在比較其他不變的系統(tǒng)時(shí)，其較低的電感會(huì)增加峰值ESD電壓。為了應(yīng)對(duì)這種影響，Nexperia可以提供采用最新TrEOS技術(shù)的器件，這些器件針對(duì)峰值電壓抑制進(jìn)行了優(yōu)化。

審核編輯：郭婷