为什么USB 3.0需要更强大的电路保护？

USB 3.0的开发方向，就是更高的传输率、提高最大总线功率和设备电流、提供全新的电源管理功能以及向下兼容 USB2.0。除了过流保护，USB 3.0对过压和ESD保护的要求也更高。

日前，泰科电子最新推出的一款保护器件以及有关USB 3.0在过流、过压和ESD保护方面面临的问题。新器件femtoSMDC016F是0603尺寸的PolySwitch器件，其占板面积不到上一代器件的一半，并且有助于保护敏感电子电路免受过流及过温事故的损坏。该器件具有快速动作时间和可复位功能。femtoSMDC016F器件比其他的表面贴装器件占板面积都要小，测量尺寸仅为1.6mm x 0.8mm x 0.5mm，提高了空间设计灵活性。该器件的额定工作电压为9V，可提供一个0.16A的维持电流，以及一个40A的最大故障电流和4.2欧姆的最大阻抗。董强调，对于PTC材料而言，0603尺寸已是目前业界最小产品，由于采用镍-锡封装，femtoSMDC016F器件可焊性极佳。

较之USB 2.0，USB 3.0新增了一条采用新版USB协议的对偶单纯型数据通路的物理总线。董表示，USB 3.0电流传输能力的提高对电路保护提出更高的要求，而协同电路保护手段将有助于过流、过压和ESD瞬态受损的保护。他指出，USB 3.0通过标准主控设备(A型连接器)和新型供电设备(Powered-B连接器)供电。新的SuperSpeed规范提高了流向USB设备的电流大小，从最大额定电流0.5 A提高至0.9 A。Powered-B连接器可以通过从两个额外连接器输送最高1.0 A的电流来对设备充电。由于过流条件会影响电源总线，因此所有功率源(如主机和集线器)都需要进行过流保护。

“USB3.0的单装置负载从USB 2.0的100 mA提高至150 mA。一台电子设备最多可以拖动6台装置，”董说，“这意味着标准连接器和微型连接器每端口最高可至900 mA。”标准USB 2.0连接器应用在USB 3.0中仍然不变，但USB 3.0将不再通过总线供电，而只能通过自有电源供电。由于需要一个插孔端口对USB 3.0集线器应用中的所有连接器供电，因此该插孔上需要使用电路保护器件防止因过压事件受损。“在VBUS上安装泰科电子PolyZen器件以及在该器件端口上安装六个小电容PESD器件，可以帮助实现协同的过流/过压保护，”董说,“此外，对于支持USB充电的系统还需要具有大电流能力的过流保护器件。PolySwitch聚合正温度系数(PPTC)器件可以提供过流保护，有助于防止因设备下游侧突然短路而造成的过流损伤并降低各种USB应用中需要的功率损耗。”

除了过流保护，USB 3.0对过压和ESD保护的要求也更高。针对传统0.5 A端口设计的USB过压保护器件不适合每端口0.9 A的USB规范。如果一台0.9 A主机断开，将产生高感应电压尖峰，这会对仍然留在总线上的设备造成负面影响。虽然典型USB电源具有5V和±5%的稳压线路，但在特殊情况下，这些线路上的电压也可能大大超过5.25 V，接口和充电系统也会产生负电压，导致未采取保护措施的外围设备受损。

“过压瞬态往往是ESD造成的，电源总线和数据总线上都可能出现。尽管现代集成电路可以抵御最高2000 V的电压，但人体本身却能聚集高达25000 V的静电。I/O端口保护中，数据线上需要具有快速钳位和恢复响应的极低电容ESD器件，”董说。另外，根据泰科电子的内部检测，热插拔引起的瞬态，尽管时间很短，但电压幅度却可能超过16V~24V。在所有USB受电设备，尤其是VBUS端口上安装过压保护器件可以有效防止因电压瞬态而受损。

USB 3.0接口需要比 USB 2.0电容更低的ESD保护。增加极低电容PESD器件可以减小插入损耗，满足USB 3.0的眼图要求。董表示，与多数传统 MLV(多层变阻器 )或TVS(瞬态电压抑制 )二极管技术相比， PESD器件具有更低的电容，而其低触发电压和低箝位电压也有助于保护敏感电子元件。PESD适用于 USB2.0的高速 D+和D-信号线和 USB 3.0的SuperSpeed信号线。