圖1：修訂後的USB3.0協議增加了一條雙單工數據通道。最新USB 3.0協議(或“SuperSpeed USB”)beikaifayongyutigonggenggaodeshujuchuanshusulv
，bingtongguozhichimeigeduankoushangdegenggaodianliushuipingtigaogongdiannengli。tabaohanxindedianyuanguanligongneng

，yijikexianghoujianrongUSB 2.0設備的新電纜和連接器。最顯著的變化是，4條附加的銅數據線被平行地增加到現有的USB 2.0總線中(如圖1所示)。這些附加的銅數據線被用來傳輸超高速數據

，但也會傳輸ESD(靜電放電)和其它有害的瞬態電壓。

 

 

USB 3.0增加的電流和供電能力意味著需要新的電路保護方案。經過改進的電路保護方法可以幫助保護USB 3.0應用免受過流、過壓及ESD瞬態電壓帶來的損害。

 

 

USB 3.0通過兩個部件提供電源：一個標準的主機(A型連接器)以及一種新型供電設備(Powered-B連接器)。最新SuperSpeed規範提高了可供給USB設備的電流總量(從0.5A提高到0.9A)。新的Powered-B連接器允許一個USB設備以高達1.0A的電流給另一設備充電。由於過流狀態會影響電源總線，所有的電源(如主機、集線器和Powered-B設備)都必須提供過流保護。過流保護也是UL60950標準所要求的。

 

與USB 2.0類似，所有類型的USB 3.0主機必須提供電源。USB 3.0的單個單元負載重定義為150mA，比USB 2.0的100mA略有增加。現在，一個USB 3.0主機必須能夠每端口支持多達6個單元(900mA)。此外，USB 3.0集線器可能不再需要總線供電了。所有USB 3.0集線器現在必須每個端口都能夠支持900mA的電流。

 

此外，支持USB充電和USB 3.0的係統需要能承受更高電流的過流保護器件。USB充電器規範采用與USB 2.0相同的引腳配置
，但允許更高的電流(每端口高達1.5A)。

 

最後，USB 3.0定義了一種新的Powered-B連接器，其主要的好處是更好的便攜性。Powered-B連接器允許去除USB電纜和額外的電源。使用Powered-B連接器的USB設備現在可為另一USB設備供電。通過提供兩個額外的接插口
，新的連接器可使一個電源(帶有Powered-B連接器插座)能向另一設備(帶B型供電連接器插頭)提供高達1000mA的電流。例如，一台打印機可給一台無線適配器供電，從而無需一條有線USB連接。

 

在所有這些應用中
，高分子聚合物正溫度係數器件(PPTC)為USB過流保護提供了最具性價比的解決方案。PPTC器件可用於USB 3.0主機應用
、USB 3.0集線器應用、USB充電器應用，以及USB 3.0 Powered-B連接器應用中的電流限流保護。在USB電源的VBUS端口安裝的PPTC PolySwitch器件可在短路時限流，防止因下遊電路突然短路造成的過流損壞，並有助於實現UL60950標準。

 

 

盡管USB定義了電源總線
，但這並沒有消除與過壓相關的風險。過壓事件可由一係列失效條件導致，包括用戶錯誤、穩壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。接口和充電係統也會產生負電壓，這會導致未受保護的外部設備受損。盡管USB 2.0 電源的標稱誤差為5V±5%

，但許多采用USB 2.0接口的大規模係統仍被設計成可承受16V甚至28V電壓(連續)。

 

由於USB 3.0提高了正常工作電流及其上限，因此，針對傳統0.5A 端口設計的過壓保護器件可能就不太適合用於保護新的每端口0.9A的USB 3.0接口。當一個0.9Azhujibachushi，gaoyaganyingjianfengjiuhuichansheng
，takenenghuisunhuaizongxianshangdeqitashebei。yigeshejilianghaodezongxianjiangnengxishouzhexiejianfengdianya，congerbaohushebeimianshoujianfengdianyadesunhai。

 

泰科電子的內部測試顯示
，熱插拔引起的瞬態電壓盡管非常短暫，但電壓值可超過16～24V。內部測試還發現，開路電壓大幅超過USB規範要求(5V±5%)的第三方充電器，可能對敏感的電子設備構成威脅。將過壓保護器件(如PolyZen聚合物保護齊納二極管器件)放置在所有USB供電設備的電源輸入端(特別是在VBUS端口)
，有助於保護設備免遭過壓事件造成的損壞。

 

對於USB 3.0設備，PolyZen器件可安裝在USB輸入端口的VBUS上
、Powered-B插頭的DPWR端口、桶形插座電源端口
、以及USB集線器的VBUS輸入端。

 

必須注意
，USB 3.0不再支持總線供電集線器而僅支持自供電集線器。在USB 3.0應ying用yong中zhong，需xu要yao一yi個ge電dian源yuan來lai為wei集ji線xian器qi的de所suo有you端duan口kou供gong電dian。如ru果guo在zai集ji線xian器qi的de輸shu入ru端duan使shi用yong一yi個ge直zhi流liu電dian源yuan連lian接jie器qi
，那na麼me就jiu必bi須xu安an裝zhuang一yi個ge電dian路lu保bao護hu器qi件jian來lai保bao護hu集ji線xian器qi免mian受shou過guo壓ya事shi件jian的de損sun害hai，如ru未wei穩wen流liu或huo錯cuo誤wu電dian源yuan

、反向電壓和瞬態電壓。

 

圖2顯示了如何在VBUS上安裝PolyZen器件以及在一個典型USB電路上安裝6個低電容值PESD器件，才能幫助提供綜合過壓保護方案。

 

 

 

瞬態過壓經常是由ESD引起的，它可能會出現在電源總線和數據線上。盡管現代IC可對抗高達2000V的高壓，但人體很容易產生出高達25000V的靜電。在I/O端口保護應用中
，數據線上的ESD器件必須具備以下特性：快速箝位、快速恢複響應和極低電容值。

 

現有的USB 2.0協議允許高達480Mbps的數據傳輸速率
，並支持即插即用、熱插拔安裝和運行。與之相比
，USB 3.0規範允許高達5Gbps的數據傳輸速率，並向後支持較低速的USB 2.0規範。

 

USB 3.0增加了4個接到連接器的新引腳，以支持新的SuperSpeed接口：USB3_TX(差分對)和USB3_RX(差分對)。
 

USB 3.0的SuperSpeed接口與USB 2.0相比，要求更低電容值的ESD保護器件。增加極低電容值的PESD器件可以幫助最小化插入損耗，以滿足USB 3.0的眼圖要求。憑借0.2pF的典型電容值和大於6GHz的平坦插損區域，PESD器件能夠支持USB 3.0應用的要求，並處理大量ESD瞬態電壓衝擊。 與大多數傳統的MLV(多層變阻器)或TVS(瞬態電壓抑製器)二極管技術相比，PESD器件可提供更低的電容值
，而且其低觸發和低箝位電壓也有助於保護敏感的電子元件。PESD器件適用於USB 2.0高速D+和D-信號線以及USB 3.0 SuperSpeed信號線的ESD保護。在電路保護方案中增加PESD器件可提升保護級別，從而滿足IEC61000-4-2規範要求。該規範規定接觸模式的ESD測試標準是8kV(典型)/15kV(最大)，空氣放電模式的ESD測試標準是15kV(典型)/25kV(最大）。

 

 

 

在USB應用中，一個綜合保護方案可用來增強對高電流
、高電壓和ESD瞬態電壓衝擊的保護。圖3和4顯示了適用於USB 3.0和Powered-B連接器設計的電路保護器件。

 

 

 

PPTC過流保護器件可幫助設計師滿足USB 3.0規範的新的大電流要求
，並提供一種簡單的
、節省空間的限流解決方案。PESD器件可提供高速數據傳輸應用所需的低電容值(典型值0.2pF)，並可提供目前電子工業最流行的外形尺寸。PolyZen器件既可為設計師提供傳統箝位二極管的簡單性，又消除了持續過壓所需的大型散熱片。該器件可保護設備免受因使用不正確的電源、瞬態電壓和其它因用戶錯誤而引起的損害。