使用USB端口保護(hù)陳列實(shí)現(xiàn)有源ESD保護(hù)

許多便攜式應(yīng)用需要超過8kV的ESD 保護(hù), 同時(shí)將電容保持在5p F以下。Z二極管能夠單獨(dú)滿足這一要求, 但當(dāng)與開關(guān)或結(jié)型二極管等低電容PN 二極管相結(jié)合時(shí), 它們可同時(shí)滿足該應(yīng)用的以下兩種要求: 低電容以及高E S D 和浪涌抗擾性。

Z 二極管與小型P N 二極管的這種結(jié)合提供了單向保護(hù)器件。鉗位電流只能朝一個(gè)方向流動(dòng), 如圖l所示。添加另一個(gè)P N 二極管可打開反向通道, 從而使該保護(hù)器件實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)。當(dāng)正向和反向的鉗位電壓電平

不同時(shí), 這種器件具有雙向及不對(duì)稱的鉗位行為(BiAs), 如圖1。

圖1 鉗位行為示例

當(dāng)所有三個(gè)二極管完全放電時(shí)(二極管電容為空) , 具有0.5V 幅度的第一個(gè)信號(hào)脈沖將在正向驅(qū)動(dòng)上方的PN 二極管D1 , 從而填充或加載Z 二極管ZD 較大的空電容。 根據(jù)脈沖的持續(xù)時(shí)間以及到下一次脈沖的中止,Z 二極管的電容通過充電已經(jīng)到了更高水平, 因此下一次脈沖給電容的充人較少。 幾次脈沖后, Z 二極管被完全充滿, 因此隨后的脈沖僅檢測到這兩個(gè)P N 二極管的電容較低。

對(duì)某些便攜式應(yīng)用而言電容變化不是問題, 但對(duì)于其他應(yīng)用, 每次脈沖時(shí)電容必須相同。對(duì)于這些應(yīng)用,可將Z 二極管連接到電源電壓, 例如USB 端口的Vbus, 在這里電源電壓可對(duì)Z 二極管進(jìn)行充電, 這兩個(gè)PN 二極管仍保持在反向模式下, 從而使電容保持在最低水平。

圖2 所示的二極管陣列添加了VBUS054B 一HS3總線端口保護(hù), 可保護(hù)雙高速USB 端口, 以防瞬態(tài)電壓信號(hào)。該陣列對(duì)略低于接地電平的負(fù)瞬態(tài)進(jìn)行鉗位, 同時(shí)在略高于5V工作電壓范圍對(duì)正瞬態(tài)進(jìn)行鉗位。

圖2 VBUS054B 一HS3總線端口保護(hù)陣列可保護(hù)高速USB端口, 以防瞬態(tài)電壓信號(hào)

Z 二極管將電源線(在引腳5處為V BuS) 鉗位到引腳2地線, 而高速數(shù)據(jù)線D1+、D2+、D1-及D2一與引腳l、3、4及6相連。只要數(shù)據(jù)線上的信號(hào)電壓介于接地與Vbus電平之間, 低電容PN 二極管便會(huì)實(shí)現(xiàn)與V Bus、地線及其他數(shù)據(jù)線的極高隔離。但任何瞬態(tài)信號(hào)一超過該工作電壓范圍, 其中的一個(gè)P N 二極管便會(huì)恢復(fù)到正向模式, 并將該瞬態(tài)鉗位到接地或雪崩擊穿電壓電平。因此, VBUS054B 一HS3可提供士15 kV 的高ESD 抗擾性, 同時(shí)提供符合便攜式電子設(shè)備應(yīng)用的低于lpF 的典型電容。

VBUS054B 一HS3是一種單芯片解決方案, 因此線路電容間的差別非常小。 這對(duì)于D-和D + 這兩條數(shù)據(jù)線而言非常重要, 因?yàn)樵摗皵?shù)據(jù)線對(duì)”同時(shí)傳輸相同的數(shù)據(jù)脈沖, 但具有相反的極性。