上海雷卯推出一种USB4接口的静电浪涌保护方案

一、 USB4技术性能特点

USB4是USB3.2 的后继版本,是最新的USB规范。USB4是通信协议，采用的硬件接口是USB Type-C 接口，USB Type-C 端口根据 USB3.x 和 USB4 协议传输数据。它的接口标准是由 USB Promoter Group 制定的，主要规范了USB4 接口的电气特性、机械特性、协议规范等内容。以下是 USB4 一些主要特点：

数据传输速度：USB4 接口支持高达 40Gbps 的数据传输速度，是 USB3.2 接口的两倍。

供电能力：USB4 接口的供电能力最高可达 100W，可以满足高性能设备的供电需求。

接口类型：USB4 接口采用 USB Type-C 接口，可以正反插拔，方便使用。

兼容性：USB4 接口向下兼容 USB3.2、USB2.0 和 USB1.1 设备，可以与多种设备兼容。

协议支持：USB4 接口支持多种数据传输协议，包括 USB3.2、雷电3、DisplayPort 等。

 视频传输：USB4 接口支持高达 8K 的视频传输，可以满足高分辨率视频传输的需求。

总的来说，USB4 一种非常先进的 USB规范，它为用户提供了更快的数据传输速度、更高的供电能力和更广泛的兼容性。

但这种USB4 硬件接口USB Type-C 经常会受到静电放电 (ESD)/EOS 事件的影响，为什么呢?

 

二、 USB4 硬件接口USB Type-C 遭受ESD/EOS 原因

USB Type-C 接口比较小巧，且其金属触点之间的距离较小，这使得它们更容易受到静电放电的影响。

 USB Type-C 接口通常用于连接各种电子设备，这些设备可能会产生不同的静电放电，从而影响接口的正常工作。

人体是常见的静电源，当我们触摸 USB Type-C 接口时，可能会将身上的静电荷传递到接口上，引发 ESD 危害。

 热插拔或充电，没有做好浪涌防护会造成EOS事件发生。

为了减少 USB Type-C 接口的 ESD 危害，可以采取一些防护措施，上海雷卯推出USB4的ESD防护方案。在这之前我们需要先了解 USB4 接口传输哪些信号， 对这些信号做好适合的静电防护需要考虑哪些因素。

 

三、 USB4 接口信号有哪些

USB4接口(USB Type-C )标准中共24个引脚，其中(Tx1+、Tx1-、Rx1+、Rx1-)四个引脚两个差分对，组成一个通道，另外四个引脚(Tx2+、Tx2-、Rx2+ Rx2-)组成第二个通道。数据在两组四个双向引脚对之间传输。这种双通道配置以每通道 20Gbps 的速度传输数据，在使用两个通道时速度可达 40Gbps。又因 USB Type-C 插头尺寸小及其引脚的紧密排布，管脚配置如上图所示，所以推荐用小尺寸分立ESD(TVS)做保护，以下一一介绍接口中每一种信号作用，及保护方法。

1. 超高速TX+ ,TX- ,RX+, RX- 差分线。高速差分信号线，支持高达 40Gbps 的超高速 USB 接口和交替模式的数据传输，分辨率高达 8K (7680 x 4320)，刷新率为 60Hz。由于接口试图在传输大量内容时仍保持极高速度，因此选择合适的 ESD(TVS) 防护器件至关重要。上海雷卯推荐用低结电容0.2PF，小体积DFN0603方便布线,带回扫，低钳位电压ULC0321S做静电保护，确保信号完整性。

2.D+/D- 差分线。用于 USB 2.0 接口，D+ 和 D- 引脚数据速率 480Mbps，这对差分线上的电压正常为5V，考虑线速推荐采用ULC0521C，低结电容0.3PF ,  小体积DFN0603,方便布线。

3.VBUS。VBUS：电源线，用于传输供电。考虑使用USB-PD满足充电，推荐采用大功率ESD(TVS)  SMDA24TN做静电浪涌防护, 封装为DFN1610-2 ，峰值电流30A,功率1650W。

4.CC、SBU。CC1、CC2：通信通道，用于识别连接设备和确定功率方向。

SBU1、SBU2：辅助通道，可用于支持高速数据或其他功能。

CC/ SBU 引脚紧挨着 VBUS 引脚。使用 USB-PD 的话，VBUS 引脚电压可以达到 20V，这样，CC/SBU引脚容易短路到20V, 为了避免损坏，这两个引脚推荐24V ESD(TVS) 进行保护：ULC2421。

做好以上这些信号保护，USB4 将免于发生一些静电浪涌事件。

 

四、 USB4 接口静电浪涌保护方案

方案优点：USB4 接口支持高达 40Gbps 的数据传输速度，本方案采用低结电容0.2PF,小体积DFN0603封装,带回扫分立器件做ESD/EOS防护方案, 方便布线，确保信号完整性，可滤除杂讯，满足IEC61000-4-2(等级4)。以下是接口保护方案图

所用ESD(TVS)器件参数描述

上海雷卯解决方案非常适合保护符合 USB4 规格的 USB Type-C 连接器，有了这套方案保驾护航，将使消费者在使用其高性能电子设备时享受流畅、不间断体验。

审核编辑：刘清