湖南静芯宣布推出全新产品SEUCS2X3V1BLC。SEUCS2X3V1BLC是一款保护高速数据接口的超低电容深回扫型ESD保护器件，专门设计用于保护连接到数据传输线的敏感电子元件，使之免受ESD(静电放电)引起的过压而损坏，可适用于USB 3.X/4.0和HDMI 2.0/2.1等高速数据接口的差分信号线防护。根据IEC61000-4-2和IEC610000-4-5规范，SEUCS2X3V1BLC可用于提供高达±24kV(接触放电)的ESD保护，可承受高达9A(8/20us)的峰值脉冲电流，TLP曲线中电流为16A时钳位电压可低于6.0V。
USB 4.0 Type-C接口介绍
USB是一种通用的串行总线标准，定义了数据传输协议和电源供应规范，用于连接计算机与外部设备。USB接口的设计初衷是为了简化计算机与外部设备之间的连接，通过一个统一的接口标准来替代以往计算机上众多的串行和并行接口。最新一代USB 4.0版本1.0于 2019 年发布，支持高达 40 Gbps 的连接,最大功率可达100W，同时提供与 Thunderbolt 3 和 4 的交叉兼容性。USB 4 版本 2.0将性能进一步提升， 将最大速度翻倍至 80 Gbps，输出功率最大可以达到240W 。USB4.0物理层形态只有Type-C一种，新型Type C接口允许正反盲插，并向后兼容 USB 3.2 和 USB 2.0。
USB 4.0接口和传统USB一样，都为外露设计，使用者可以很方便地即插即用、随拔即关。然而，这种频繁的热插入动作却潜藏着风险，它极易引发静电放电（ESD）等瞬时噪声问题。当带电的USB 4.0接口与系统接触时，电荷的瞬间转移会产生强大的静电冲击，可能导致系统工作异常，影响设备的正常功能，还可能直接损坏USB Type-C控制组件，给用户带来不必要的损失和困扰。
图1 USB Type-C引脚配置
如何选择合适的 ESD 防护元件
设计USB 4.0高速数据接口防护时，工程师需同时兼顾信号完整性与防护能力，以下特性是在选择 ESD 防护元件时不可忽略的核心指标：
•低寄生电容：为确保通过USB 4.0的高速信号不被干扰或衰减，尽可能选择容值＜0.2pF的ESD保护器件，容值越低，对信号完整性影响越小。
•低钳位电压：器件在泄放ESD电流时，施加在被保护芯片上的残余电压必须足够低，防止主晶片受损。
•快速响应时间：响应时间需在纳秒 (ns) 级，以确保在静电脉冲损伤芯片前被迅速导流
•高ESD防护等级：ESD器件的静电放电防护等级须满足IEC 61000-4-2标准的Level 4要求，即至少能承受±8kV接触放电与±15kV空气放电的冲击。
•封装尺寸小：为了最大程度地减少高速信号路径上的寄生效应，且USB 4.0连接器和PCB边沿空间极度紧凑，尽可能选择小封装元件。
深回扫特性ESD防护器件具有超小封装体积、超低钳位电压、超低结电容特性，相比常规工艺 TVS 防护效果更优，且不影响信号完整性，能充分满足以上需求，有效保护高速数据接口免受瞬态过电压的影响。
SEUCS2X3V1BLC介绍
SEUCS2X3V1BLC是湖南静芯研发的一款工作电压为3.3V（兼容5V）的超低电容深回扫型ESD静电保护器件，专门设计用于保护高速数据接口免受过应力事件的影响，可适用于USB 3.X/4.0和HDMI 2.0/2.1的高速差分信号线防护。SEUCS2X3V1BLC的工作电压为3.3V，钳位电压为5.5V，具有0.17pF 的极低电容，可确保信号完整性。器件采用超小型DFN0603-2L，可极大节省电路板空间。根据IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，SEUCS2X3V1B可用于提供高达±24kV(接触放电)，±24kV(空气放电)的ESD保护，并根据IEC61000-4-5标准承受高达9A (8/20μs)的峰值脉冲电流。
SEUCS2X3V1BLC的优势不仅在于TLP曲线中电流为16A时钳位电压可低于6.0V，还在于其电容最大值＜0.2pF，能够在为后端芯片提供强大保护的同时不损害信号完整性。随着超高速通信的需求日益增长，芯片组尺寸越来越小，对于瞬态电压的耐受度也随之降低，这增加了对ESD 保护二极管的需求。一个兼具高IPP和低VCL的器件，通常可以替代以往需要多个器件或更复杂电路才能实现的保护等级，节省板内空间降低成本。
该器件的相关曲线图及参数如下所示。
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击穿电压曲线 | I-V曲线 |
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漏电流曲线 | 钳位电压曲线 |
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结电容曲线 | TLP曲线 |
表1 SEUCS2X3V1BLC 相关曲线图
At TA = 25℃unless otherwise noted
表2 SEUCS2X3V1BLC电气特性表
应用示例
下图是湖南静芯推出的USB4.0完整解决方案，其中USB-C的八个引脚（Tx1±、Tx2±、Rx1±、Rx2±）用两个差分对组成两个超高速数据传输通道，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。由于接口在传输大量内容时数据线需要经常插拔，在热插拔的过程中有可能因为消费者的触摸或金属引脚短接引发静电放电（ESD）等问题，因此选择深回扫型ESD器件SEUCS2X3V1BLC对引脚进行保护。
图2 USB 4.0应用方案
VBUS引脚采用湖南静芯研发的的TDS浪涌保护器ESTVS2200DRVR进行防护，低速数据差分线D+/D-使用本文介绍的常规型低容ESD器件SELC2X5V1BT进行防护，SBU和CC引脚由于靠近VBUS，有可能发生短路现象而暴露在20V电压下对系统造成伤害，故推荐使用湖南静芯研发的24V的深回扫低电容静电防护器件SEUCS2X24V1B。具体应用详情可参考湖南静芯USB 4.0防护完整方案。
总结与结论
SEUCS2X3V1BLC是湖南静芯研发的工作电压为3V电容低至0.17pF的深回扫型静电保护器件，可适用于USB 3.X/4.0和HDMI 2.0/2.1等高速数据接口的差分信号线防护，其TLP曲线中电流为16A时钳位电压可低于6.0V，可有效提高电路的可靠性。
湖南静芯深回扫型系列ESD器件工作电压涵盖1.0~72V，电流涵盖4~30A，电容最低至0.08pF，封装涵盖CSP、FC及各类封装形式。同时推出22V&33V TDS平缓浪涌抑制器，可用于保护工作电压为20V、24V、28V、36V的系统，具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。结合TDS器件与深回扫ESD优势，湖南静芯是国内首家推出USB4.0完整解决方案的公司，详情可以参考：“湖南静芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防护完整解决方案100W+80G/120G”与“湖南静芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防护完整解决方案140W&180W+80G/120G”等文章。