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)線上使用重定時器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動器設(shè)備。這對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)的走線長度可能超過100 mm。重定時器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動器器件的放置將導(dǎo)致走線長度顯著縮短，從而對信號走線電感產(chǎn)生積極影響。根據(jù)經(jīng)驗，10 mm走線長度大約相當(dāng)于3-3.5 nH的電感。雖然從信號完整性的角度來看，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)之間的電感也會增加受保護(hù)系統(tǒng)看到的峰值電壓。

ESD失效機制和走線長度

受保護(hù)IC有兩種主要的ESD故障機制。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ESD保護(hù)的接地路徑的導(dǎo)通電阻比。

第二種ESD故障機制超過了受保護(hù)系統(tǒng)收發(fā)器中柵極氧化物上的最大電場強度。為了降低電場強度，應(yīng)將受保護(hù)芯片看到的峰值鉗位電壓降至最低。這種動態(tài)效應(yīng)不能通過準(zhǔn)靜態(tài)考慮來捕捉。減小信號走線長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。對于其他不變的系統(tǒng)，這將增加危險的ESD峰值電壓。

確定峰值抑制性能

為了應(yīng)對這種影響，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器件提供了全動態(tài)系統(tǒng)高效ESD設(shè)計（SEED）仿真模型。與準(zhǔn)靜態(tài)模型相反，全動態(tài) SEED 模型還允許對峰值電壓抑制進(jìn)行系統(tǒng)級仿真。

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單。ESD槍設(shè)計用于測試完整系統(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)中的兩次測量之間，差異也可能很大。與ESD噴槍測量相比，傳輸線脈沖（TLP）測量可以顯示出顯著更高的再現(xiàn)性。但是，數(shù)據(jù)手冊通常僅顯示保護(hù)器件導(dǎo)通時采樣的標(biāo)準(zhǔn)TLP I（V）曲線。選擇100 ns脈沖長度來評估IEC61000-4-2 ESD脈沖的熱故障模式。

為了評估峰值電壓，需要進(jìn)行非?？焖俚腡LP（vfTLP）測量。這是對脈沖開始時發(fā)生的短過電壓的最準(zhǔn)確測量，可以在第一個納秒內(nèi)研究超過瞬態(tài)觸發(fā)效應(yīng)。

重新定時器在運行

為了舉一個實際的例子，我們比較了兩個具有相當(dāng)電容的ESD保護(hù)器件的鉗位。雖然兩個器件的標(biāo)準(zhǔn)TLP鉗位電壓相當(dāng)，因此ESD脈沖的第二個峰值的能量抑制，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。上升時間選擇為600 ps，以表示IEC61000-4-2脈沖的第一個快速峰值。

a） 100 ms TLP I（V） 測量和 b） 0.6 / 5 ns VFTLP I（V） 測量

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。在此位置，它還為交流耦合電容提供保護(hù)。

提供實用的解決方案

在USB4環(huán)境中使用重定時器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動器器件將縮短ESD保護(hù)和受保護(hù)IC之間的信號走線，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完整性，但在比較其他不變的系統(tǒng)時，其較低的電感會增加峰值ESD電壓。為了應(yīng)對這種影響，Nexperia可以提供采用最新TrEOS技術(shù)的器件，這些器件針對峰值電壓抑制進(jìn)行了優(yōu)化。

審核編輯：郭婷