USB 2.0 接口静电浪涌保护方案设计图
为了支持与主机设备及其创新功能进行超高速通信的现代需求，USB接口技术由USB1.1、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2（Gen 1、Gen 2、Gen 2x2）、USB Type-C发展到到如今超火的USB 4。尽管新版本的USB接口技术能够满足更高数据速率和更高功率传输水平的需求，但是USB 2.0接口技术在众多电子设备中仍然是非常受欢迎的。Universal Serial Bus2.0，简称USB2.0，中文：通用串行总线，是一种应用在计算机领域的接口技术。USB2.0接口传输速度快（低速1.5Mbps、全速12Mbps、高速480Mbps），支持热插拔以及连接多个设备的特性，在遥控器，打印机，相机，扬声器，键盘、鼠标等各类外部设备中得到了广泛的应用。
USB 2.0 接口配置
|
引脚 |
名称 |
电缆颜色 |
描述 |
|
1 |
VBUS |
红色 |
电源 +5V |
|
2 |
D - |
白色 |
数据线 data- |
|
3 |
D + |
绿色 |
数据线 data+ |
|
4 |
GND |
黑色 |
电源地 GND |
从图中可知，USB 2.0具有4线接口，其中VBUS 通过电缆从主机到连接的设备提供5V和 500mA电源，D+和D-引脚负责传输差分数据信号。在正常工作条件下，这些差分线路上的电压可以达到5V。第四个引脚为GND接地引脚。由于USB2.0设备要求随插即用、随拔即关，那么在这个热插拔过程中，产生的静电放电（ESD）会导致电子系统工作异常，甚至造成USB2.0连接端口后级设备毁坏。因此，我们必须保护USB 2.0端口免受静电放电（ESD）的威胁。接下来，东沃电子技术从USB2.0单接口和双接口应用场景来设计静电ESD保护方案，为USB2.0接口的稳定性和安全性护航。
一、0单接口静电浪涌保护方案
（1）USB 2.0单接口静电浪涌保护方案用分立式ESD二极管
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东沃电子DOWOSEMI Part Number |
PPP |
IPP |
VRWM |
VBR |
VC |
IR |
CJ |
Polarity |
Package |
|
W |
A |
V |
V |
V |
μA |
pF |
|||
|
DW05DP-S |
2000 |
100 |
5 |
5.7 |
15 |
0.5 |
700 |
Uni |
DFN-2L |
|
DW05DLC-B-S |
350 |
17 |
5 |
6 |
18.3 |
1 |
1 |
Bi |
SOD-323 |
从方案图中可知，USB2.0供电端VBUS选用ESD二极管DW05DP-S，工作电压为5V、击穿电压5.7V、钳位电压15V、最大浪涌峰值电流可达100A、DFN1610-2L封装。在高速差分数据线D+和D-静电保护中，东沃技术选用DW05DLC-B-S，工作电压为5V、击穿电压6V、钳位电压18.3V、最大浪涌峰值电流可达17A、SOD-323封装、低结电容1pF，确保传输信号完整性，符合IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）标准。
（2）USB 2.0单接口静电浪涌保护方案用集成式ESD二极管
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东沃电子DOWOSEMI Part Number |
PPP |
IPP |
VRWM |
VBR |
VC |
IR |
CJ |
Polarity |
Package |
|
W |
A |
V |
V |
V |
μA |
pF |
|||
|
DW05R-E |
100 |
6.5 |
5 |
6 |
16 |
1 |
0.4 |
Uni |
SOT-143 |
从方案图中可知，东沃电子技术推荐选用集成式ESD二极管DW05R-E作为静电浪涌防护。DW05R-E是一款可以同时保护VBUS和D+/D-引脚的静电浪涌保护器件，工作电压为5V、击穿电压6V、钳位电压16V、最大浪涌峰值电流可达6.5A、SOT-143封装，符合IEC 61000-4-2 (ESD) ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）标准，具有0.4pF超低结电容，确保传输信号完整性，非常适合USB2.0高速数据传输。
二、USB2.0双接口静电浪涌保护方案
|
东沃电子DOWOSEMI Part Number |
PPP |
IPP |
VRWM |
VBR |
VC |
IR |
CJ |
Polarity |
Package |
|
W |
A |
V |
V |
V |
μA |
pF |
|||
|
DW05-4RVLC-E |
60 |
4 |
5 |
6 |
12 |
5 |
0.5 |
Uni |
SOT-23-6L |
|
东沃电子DOWOSEMI Part Number |
IH |
IT |
Vmax |
Imax |
Max.Time-to-trip |
Pdmax |
Rmin |
R1max |
Size |
|
|
A |
A |
V |
A |
A |
S |
W |
Ω |
Ω |
||
|
DW-NSM050 |
0.5 |
1 |
6 |
40 |
8 |
0.1 |
0.6 |
0.15 |
0.7 |
1206 |
在很多应用场景中，需要配备两个及多个USB2.0接口，由于空间受限，不可能使用过多的保护器件。从方案图中可知，东沃技术推荐选用1颗集成式ESD二极管DW05-4RVLC-E和2颗自恢复保险丝DW-NSM050来保护两路USB2.0接口，提高设计能力。东沃DW05-4RVLC-E带4路I/O数据线保护，可以同时保护2路USB2.0数据口，工作电压为5V、击穿电压6V、钳位电压12V、最大浪涌峰值电流可达4A、其结电容低至0.5pF，保证高速信号的完整传输；符合IEC 61000-4-2 (ESD) ±20kV（空气）、±12kV（接触）标准；采用SOT-23-6L封装，节省安装空间。东沃DW-NSM050在电路中起到过流保护作用，可承受的最大工作电流500mA，耐压6V，静态电阻最小0.7Ω。
以上是USB 2.0 接口静电浪涌保护常用方案
