主流数据线路的ESD保护器件

主流高速数据接口ESD防护器件

目前主流高速数据接口主要在短距离数据传输、数据通讯及视频应用三个方面，应用行业主要分布在消费电子、通信及汽车电子。这些接口通常是连接在设备之间，线缆和接口暴露在设备外部， 因此具有这些接口的设备面临最为常见的电气危害－静电放电损伤 ESD。

1. 高速数据接口 ESD防护面临的挑战

数据接口的 ESD 防护技术是保证设备整机不受 ESD 危害的主要措施之一。尽管设备整机的可以通过采用屏蔽、接地和滤波三种技术实现 EMC 设计，但对于暴露在外部的数据接口仅靠这些措施还并不能达到理想的效果，甚至对外部传导进入的瞬态过压为力。

因此目前数据接口的 ESD 防护都广泛采用静电保护器件，例如压敏电阻、TVS、高分子静电保护器、及其他类似功能的器件。 但目前业内公认的事实是，基于半导体二极管工艺的 TVS 保护器件是综合性能最优的 ESD 防护器件。

针对高速数据接口的ESD防护，仍然面临一系列的挑战，例如需要静电防护器件具有更小的寄生电容、更低的钳位性能、更小的PCB占用面积及更为优化的线路设计。表1是目前主流高速数据线路的静电防护需求。可以看出，其中可接受最大线路间电容为3pF，若考虑设计余量， 静电防护器件的寄生电容要更小； 接口数据线路都在2条以上，为实现更为优化的线路设计， 多线集成防护是更好的选择；ESD防护至少要通过IEC61000‐4‐2 Level4的测试，若考虑设计余量，可能要增强到接触放电10KV， 空气放电30KV。

高速数据接口 USB2.0 以太网 千兆以太网 VGA DVI

表1目前主流高速数据线路的静电保护需求 接口数据线路（条） 2或3 4 8 4 4 2

Level4

保护方式 差共模 差模

或差共模 差模

或差共模 差共模 差共模 差共模 接触放电8kv

可接受最大线间电容 5pF 10pF 3pF

5pF 3pF 3pF 空气放电15KV

IEEE1394

ESD防护能力：至少满足IEC61000‐4‐2

2. 低电容多线集成静电保护器件－KRESD05-4

凯然芯采用自有知识产权的低电容多线集成过压保护技术，为主流高速数据接口的 ESD 防护提供了高性价比的 ESD 保护器件。推出高密度的四通道双向 TVS 阵列 KRESD05-4。适用于目前各种主流高速数据接口应用。它具有以下特点： ◆可同时实现全差模防护 和差共模防护； ◆线间不存在闩锁，可以不接地使用； ◆线间电容仅为 0.7pF； ◆符合下列标准：

静电放电，IEC61000‐4‐2，±8kV（接触式），±15kV（空气）雷击浪涌，IEC61000‐4‐5，6A (8/20μs) ；

图 1 是 KRESD05-4的内部结构图。 该器件内部通过集成大功率 TVS 及高速开关二极管，实现低电容多线集成过压防护。由于器件采用高压开关二极管工艺，因此能够承受瞬态峰值电压高达几千伏的纳秒级的浪涌冲击，并实现几十伏的低钳位电压。

I/O I/O

VCC

图1

内部结构 图2 电源和I/O数据线的集成差共模防护

I/O I/O

NC

To Protected IC

图3

数据线路的差共模防护

图4通过电源偏置，实现更低线间电容

KRESD05-4的安装应用可以分为三类：

◆数据接口的电源和数据线路同时需要静电防护，此时可采用图 2的接法，详细案例如 USB2.0 保护； ◆数据接口的只有数据线路需要静电防护，此时可采用图 3的接法，详细案例如以太网 RJ45端保护； ◆数据接口的只有数据线路需要静电防护，但可以利用电源提供偏置以获得更低电容，此时可采用图 5的接法；

3. KRESD05-4的应用

KRESD05-4具体应用在 USB2.0、VGA/DVI、以及以太网的方案，见图 5－8 。

图7

100M 以太网差模防护 8 100M以太网差共模防护

6

USB2.0

图

图

4. 市场同类产品对比

型号 KRESD05-4 SRV05‐4 Rclamp0504S 品牌 KAICORE Semtech Semtech 闩锁现象 无 无 无 无 ESD 防护等级 电容（IO 之间） Contact 8KV Contact 8KV Contact 8KV Contact 8KV 0.7 1.5 1.5 3.5 1.4（IO‐GND） CDSOT23‐SRV05‐4 Bourns AZC099‐04S Amazing 有，器件必须接 Contact 8KV 地，不能单独应用差模

以太网防护说明：

1 目前百兆以太网主流保护方案可分为两类， 一类是在 RJ45端口和变压器之间接入差模保护， 不推荐接共模线路， 详细如图 2； 另一类是在网卡芯片端，可进行差共模防护，但不推荐接入 VCC， 详细如图 3. 2 我司提供多款此类保护器件，均采用高压器件工艺，不存在闩锁现象，引脚 2和 5可以直接浮空，完全满足差模保护要求。