基于基于USB3.0电路可靠性的电路可靠性的PTC/ESD方案方案
USB 3.0传输速率高达5Gbit/s,且电源汇流排也有高达900毫安培的输出电流，因此电路电气瞬变和过流故障的预
防极为重要，设计人员必须慎选适当的热敏电阻（PTC）和静电放电（ESD）方案，才能确保讯号完整性，并
降低系统故障风险。 通用序列汇流排（USB）规范自1996年发布以来，截至2012年为止已累积超过三十五
亿个电脑周边设备的USB连接装置出货量。2010年，当批支援USB 3.0规格的装置上市，销售量就达到约一百
万个，2012年更一举增长至五百万个左右，足见其市场成长相当迅速。 相较于USB 2.0,USB 3.0拥有四个
额外数据通道，传输速率高达5Gbit/s（图1）
USB 3.0传输速率高达5Gbit/s,且电源汇流排也有高达900毫安培的输出电流，因此电路电气瞬变和过流故障的预防极为重
要，设计人员必须慎选适当的热敏电阻（PTC）和静电放电（ESD）方案，才能确保讯号完整性，并降低系统故障风险。
通用序列汇流排（USB）规范自1996年发布以来，截至2012年为止已累积超过三十五亿个电脑周边设备的USB连接装置
出货量。2010年，当批支援USB 3.0规格的装置上市，销售量就达到约一百万个，2012年更一举增长至五百万个左右，足见
其市场成长相当迅速。
相较于USB 2.0,USB 3.0拥有四个额外数据通道，传输速率高达5Gbit/s（图1），而且电源汇流排也有高达900毫安培
（mA）的输出电流，这些新规格加上晶片尺寸不断缩小，使得预防电路电气瞬变和过流故障的问题变得更加重要且复杂，因
为高速传输下，即使只是很小的静电放电（ESD）和短路事故，都将为系统带来严重危害。
图1 USB 3.0增加双差分数据对，藉以达成5Gbit/s高速传输速率
由于晶片灵敏度、讯号完整性和系统可靠性都是系统设计人员非常关注的事情，因此USB 3.0系统上的寄生电容、低箝位
电压和低电阻都成为电路保护元件选择的关键指标。由于USB 3.0电源线可允许更大电流通过，电流保护器可有较低的电阻，
在确保低压降方面也变得至关重要。一项成功设计的关键是要掌握保护技术，如热敏电阻 （PTC）、压敏电阻和ESD方案
等，本文将详细解释须考虑的设计因素。
USB 3.0飙高速 电路保护挑战更艰钜
USB 2.0到USB 3.0重要的物理变化是引进SSRX+/SSRX和SSTx+/SSTx两个差分数据，并维持和现有D-/D+资料汇流排
并列运行的模式，这允许资料全双工同时传输，改进USB 2.0汇流排只能单个双工传输的问题。此外，USB 3.0还将电源汇流
排上的电流从500毫安培增加到900毫安培，扩增外部设备供电的选择，不再需要额外电源配套方案。
由于USB 3.0引进额外的差分数据，引发更多ESD防护需求，过去以分离元件保护每个单独资料线的方式已不足以保护其
电路，工程师面临的挑战是要找到更好的ESD 和电压瞬态保护方案，使敏感性资料线在没有增加讯号畸变电容的情况下也能
得以保护。现阶段，业界大多采直接放在资料对中的新半导体阵列ESD保护装置，同时保护传统USB 2.0资料线，以及USB
3.0额外的资料线。
与此同时，USB 3.0规范第11.4.1.1.1中规定，为安全起见，主机和所有自供电集线器须实现过电流保护，该集线器须检
测过电流情况，并将其至USB控制软体。过电流限制机制须在毋须用户干预的前提下自行复位，聚合物PTC和固态开关就可
用于过电流限制的方法之一。
根据UL60950-1标准要求，USB 3.0可能还需要其他过电流保护功能，USB汇流排收发器晶片或电源管理晶片虽已提供部
分电流限制功能，但是当晶片不包含电流限制或附加保护功能时，电路设计人员须为电源汇流排设计电流限制PTC.
在电源汇流排上安装聚合物PTC可在短路的情况下限制电流，并防止由突然的短路引起的过电流损坏，还可帮助实现
UL60950-1标准中第2.5节（有限电源，表2B）的规定，限制短路电流在5秒内小于8安培。
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