湖南静芯宣布推出全新产品SEUCS2X36V1B。SEUCS2X36V1B是一款工作电压为36V的超低电容深回扫型ESD保护器件，使之免受ESD(静电放电)引起的过压而损坏。根据IEC61000-4-2和IEC610000-4-5规范，SEUCS2X36V1B可用于提供高达±15kV(接触放电) 和±15kV(空气放电)的ESD保护，可承受高达6A(8/20us)的峰值脉冲电流。
关于USB 4.0
USB是一种通用的串行总线标准，定义了数据传输协议和电源供应规范，用于连接计算机与外B接口的设计初衷是为了简化计算机与外部设备之间的连接，通过一个统一的接口标准来替代以往计算机上众多的串行和并行接口。最新一代USB 4.0版本1.0于 2019 年发布，支持高达 40 Gbps 的连接,最大功率可达100W，同时提供与 Thunderbolt 3 和 4 的交叉兼容性。USB 4 版本 2.0将性能进一步提升， 将最大速度翻倍至 80 Gbps，输出功率最大可以达到240W 。USB4.0物理层形态只有Type-C一种，新型Type C接口允许正反盲插，并向后兼容 USB 3.2 和 USB 2.0。
USB 4.0接口和传统USB一样，都为外露设计，使用者可以很方便地即插即用、随拔即关。然而，这种频繁的热插入动作却潜藏着风险，它极易引发静电放电（ESD）等瞬时噪声问题。当带电的USB 4.0接口与系统接触时，电荷的瞬间转移会产生强大的静电冲击，可能导致系统工作异常，影响设备的正常功能，还可能直接损坏USB Type-C控制组件，给用户带来不必要的损失和困扰。
USB 4.0接口的引脚配置如下图所示。
图1 USB Type-C引脚配置
|
Pin |
名称 |
功能描述 |
Pin |
名称 |
功能描述 |
|
A1 |
GND |
地 |
B1 |
GND |
地 |
|
A2 |
TX1+ |
超高速差分信号
#1，TX，正 |
B2 |
TX2+ |
超高速差分信号
#2，TX，正 |
|
A3 |
TX1- |
超高速差分信号
#1，TX，负 |
B3 |
TX2- |
超高速差分信号
#2，TX，负 |
|
A4 |
VBUS |
总线电源 |
B4 |
VBUS |
总线电源 |
|
A5 |
CC1 |
识别通道 |
B5 |
CC2 |
识别通道 |
|
A6 |
D+ |
USB2.0差分信号
Position1，正 |
B6 |
D+ |
USB2.0差分信号
Position2，正 |
|
A7 |
D- |
USB2.0差分信号
Position1，负 |
B7 |
D- |
USB2.0差分信号
position2，负 |
|
A8 |
SBU1 |
辅助通道 |
B8 |
SBU2 |
识别通道 |
|
A9 |
VBUS |
总线电源 |
B9 |
VBUS |
总线电源 |
|
A10 |
RX2- |
超高速差分信号
#2，RX，负 |
B10 |
RX1- |
超高速差分信号
#1，RX，负 |
|
A11 |
RX2+ |
超高速差分信号
#2，RX，正 |
B11 |
RX1+ |
超高速差分信号
#1，RX，正 |
|
A12 |
GND |
地 |
B12 |
GND |
地 |
表1 USB Type-C引脚功能描述表
深回扫型ESD介绍
回扫特性ESD防护器件具有超小封装体积、超低钳位电压、超低结电容特性，相比常规工艺 TVS 防护效果更优，且不影响信号完整性，可更有效保护高速数据接口免受瞬态过电压的影响，为相关电子产品设备加固防护，提升消费者使用体验。
常规型ESD的电压会随着IPP（峰值脉冲电流）的增加而等比例增加，呈现出一个较为线性的增长趋势。而深回扫型ESD器件在当电压达到VT（触发电压）后会瞬间将两端的钳位电压拉低，进入一个小于工作电压VRWM的较低电压VHOLD,之后随着电流的增加电压逐渐增大。
其相较于常规ESD器件的优点有：
1. 更低的钳位电压：在相同的IPP下，带回扫ESD的VC（钳位电压）比常规ESD器件低30%以上。
2. 更低的漏电流：这类ESD器件具有更低的漏电流，有助于降低设备的功耗，实现更节能的设计。
3. 更深的应用范围：带回扫ESD的优异性能使其适用于更深的领域，如低压移动电子设备、汽车电子、工业控制等对ESD保护要求较高的场合。
图2 ESD特性曲线图对比
通过对比常规ESD和带回扫ESD的特性曲线图及其优点，可以看出带回扫ESD在ESD保护方面具有更出色的性能和应用前景。
SEUCS2X36V1B介绍
SEUCS2X36V1B是湖南静芯研发的一款工作电压为36V的超低电容深回扫型ESD静电保护器件，专门设计用于保护高速数据接口免受过应力事件的影响，可适用于USB 4.0的识别通道和辅助通道防护。SEUCS2X36V1B的工作电压为36V，钳位电压为5.6V，具有0.12pF的极低电容，可确保信号完整性。器件采用超小型DFN0603-2L，可极大节省电路板空间。根据IEC 61000-4-2 (ESD) 规范， SEUCS2X24V1B可用于提供高达±15kV(接触放电)，±15kV(空气放电)的ESD保护，并根据IEC61000-4-5标准承受高达6A(8/20μs)的峰值脉冲电流。
|
|
|
|
击穿电压曲线 |
钳位电压曲线 |
|
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|
|
8/20μs浪涌曲线 |
结电容曲线 |
表2 SEUCS2X36V1B相关曲线图
At TA = 25℃ unless otherwise noted
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Parameter |
Symbol |
Conditions |
Min. |
Typ. |
Max. |
Units |
|
Reverse Stand-off Voltage |
VRWM |
|
|
|
36.0 |
V |
|
Reverse Breakdown Voltage |
VBR |
IT=1mA |
36.5 |
41.0 |
|
V |
|
Reverse Leakage Current |
IR |
VRWM=24.0 |
|
|
100 |
nA |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=1A; tp=8/20us |
|
2.5 |
|
V |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=7A; tp=8/20us |
|
5.6 |
|
V |
|
Dynamic Resistance |
Rdyn |
|
|
0.35 |
|
Ω |
|
Junction Capacitance |
CJ |
VR=0V; f=1MHz |
|
0.12 |
0.20 |
pF |
表3 SEUCS2X36V1B电气特性表
应用示例
下图是湖南静芯推出的USB4.0&PD3.1完整解决方案。在使用USB-PD的情况下，VBUS引脚电压最大可以达到36V，由于CC/SBU引脚紧挨着VBUS引脚，如果发生短路，CC/SBU引脚将暴露在36V电压下, 可能会对系统造成损害，为了避免此现象的发生，我们需要在CC/SBU引脚附近设置工作电压大于36V的静电保护元件。因此选择工作电压为36V的深回扫型ESD器件SEUCS2X36V1B对CC/SBU引脚进行保护。
图3 USB4.0&PD3.1应用解决方案
USB-C的八个引脚（Tx1±、Tx2±、Rx1±、Rx2±）组成两个超高速数据传输通道，这种双通道配置以每通道 40Gbps 的速度传输数据，在使用两个通道时速度可达80Gbps。这四个超高速信号传输差分对和低速信号传输差分对D+/D-采用湖南静芯研发的深回扫型超低电容ESD器件SEUCS2X3V1B进行防护。
USB PD3.1可以提供高达240W的功率，则VBUS上的电压可以达到36V，最大电流为5A。VBUS 引脚的安全性就需要使用工作电压高于36V的防护器件来保护 VBUS 引脚，推荐采用湖南静芯研发的平缓浪涌抑制器(TDS)ESTVS3300DRVR进行防护，该器件可用于保护工作电压为28V、33V和36V的系统。
总结与结论
SEUCS2X36V1B拥有低电容低钳位电压的优异性能，可适用于USB 4.0接口的部分引脚防护或其他工作电压为36V的系统。湖南静芯深回扫型系列ESD器件工作电压涵盖1.0~38V，电流涵盖4~30A，电容最低至0.1pF，封装涵盖CSP、FC及各类封装形式。同时推出22V&33V TDS平缓浪涌抑制器，可用于保护工作电压为20V、24V、28V、36V的系统，具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。结合TDS器件与深回扫ESD优势，湖南静芯是国内首家推出USB4.0完整解决方案的公司，详情可以参考：“湖南静芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防护完整解决方案100W+80G/120G”与“湖南静芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防护完整解决方案140W&180W+80G/120G”等文章。
湖南静芯是一家专门从事高可靠性器件与芯片设计的高新技术企业，为客户提供面向汽车、工业、物联网等高可靠性传感器及相关芯片、半导体器件和应用系统等产品和服务。
- 在分立器件方向具有自带完整ESD/TVS/TSS/MOS等器件工艺技术和产品；
- 在集成电路芯片方向提供高可靠性的光电集成信号处理/TDS/OVP等芯片技术和产品；
- 在设计服务方面提供片上集成抗雷击高性能ESD/TVS委托开发设计。
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