上海雷卯：USB4高速接口静电浪涌保护方案

发布时间：2024-03-25 13:10
作者：AMEYA360
来源：雷卯
阅读量：687

　　方案优点：USB4 接口支持高达 40Gbps 的数据传输速度，本方案采用低结电容0.2PF,小体积DFN0603封装,带回扫分立器件做ESD防护方案, 方便布线，确保信号完整性，可滤除杂讯，满足IEC61000-4-2(等级4)。

上海雷卯：USB4高速接口静电浪涌保护方案

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　　Leiditech ULC0568K为一款集成式USB3.0静电保护二极管，USB3.0放一颗ULC0568K即可完成ESD保护。ULC0568K可以做为以下品牌国产替代理想选择：Amazing(AZ1065-06F，AZ1165-06F)，Bourns(CDDFN10-0506N)，AOS(AOZ8936DI，AOZ8937DI)等品牌，ULC0568K与这些型号完全PIN TO PIN。　　一. ULC0568K管脚定义及封装　　封装是DFN4120 (4.1×2.0×0.55mm), DFN封装有助于减小结电容，并很好的与数据线连接，减少引线电感。　　管脚定义也是考虑到PCB布线的方便，可以参考下图做差分布线，走线比较流畅。　　二、应用　　·USB3.0接口ESD保护　　·HDMI1.4 /2.0 接口ESD保护　　·各种高速数据接口保护(SATA,DVI ,PCI,DVI )　　三、性能参数　　·低结电容：典型值0.3PF　　·地漏电流，实测电流nA　　·Vrwm=5V　　·– IEC 61000-4-2 (ESD): 空气±25kV， 接触 ±20kV　　·– IEC61000-4-5 (8/20μs) ：4A　　四、USB3.0方案应用　　方案优点：USB3.0提供5.0Gbps的传输速度，本方案采用单颗器件防护,节约空间， 保证信号完整性，配置共模电感，可滤除共模干扰，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电25kV，空气放电20kV　　方案配置元件型号如下图：
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　　EVCC全称Electric Vehicle Communication Controller，中文名称：电动汽车充电通信控制器，是国标电动汽车出口必备汽车配件之一。如下图一所示。　　一、为什么国标电动汽车出口要配备EVCC　　全球电动汽车市场存在多种充电标准，如中国的GB/T 27930、欧洲的DIN 70121和ISO 15118、美国的SAE J1772以及日本的CHAdeMO等。这些标准在通信协议、电压等级、充电接口等方面存在差异，这会导致国标电动汽车出口后无法直接在海外充电桩上充电，图二所示各国充电标准。　　二、EVCC 功能　　因国标电动汽车无法直接出口到国外，需配备上EVCC才能与国外充电桩建立通信。EVCC是电动汽车充电过程中的重要控制器，是电动汽车与充电桩之间的通信桥梁，其主要功能是将电动汽车的通信协议转换为充电桩所能理解的协议。实现电动汽车与充电系统之间的通信、电力传输控制和数据交换。并且EVCC可以监测电动汽车的电池容量，控制充电功率和充电时间，并记录数据以供后续分析和管理。如图三所示。　　三、国标电动汽车如何通过EVCC转换成欧标和美标　　如图三所示 ，需要从硬件和软件两部分做工作.　　(1)硬件部分　　第一更换为欧标或美标的充电座　　第二增加EVCC充电通信控制器　　(2)软件部分　　需要EVCC与BMS交互，由EVCC将国标CAN通信转换成符合海外标准的PLC通信。　　这样中国电动汽车出口到欧洲、美洲等市场时，通过安装EVCC，电动汽车能够与当地的充电桩进行有效通信，这不仅降低了成本，也加快了电动汽车的国际化进程。　　四、EVCC硬件组成部分　　简单说有五大模块组成：包括微处理器、电源模块、通信模块、传感器、安全保护电路等。　　(1)微处理器是 EVCC 的核心，负责控制整个系统的运行。　　微控制器接收和处理信息，控制充电过程中的各个参数。并通过传感器实时监测充电过程中的各种参数，如果发现异常情况，立即采取保护措施，以确保充电过程的安全。　　(2)电源模块　　主要给整改EVCC提供安全稳定的电源供应。　　(3)通信模块　　通信模块负责 EVCC 与充电桩和车辆其他系统之间的通信。主要包括以下几个方面：协议解析，数据传输，信号调制和解调。　　(4)传感器模块　　传感器用于监测充电过程中的各种参数，为微处理器提供实时的状态信息，包括电流传感器，电压传感器，温度传感器等。　　(5)安全保护电路　　安全保护电路用于确保充电过程的安全，防止过流、过压、过热等异常情况对车辆和充电设备造成损坏。　　五、EVCC需要静电浪涌保护吗　　需要，原因如下：　　(1)静电危害：EVCC 可能会受到静电放电的影响。静电放电可能会损坏电子元件，导致设备故障。　　(2)浪涌风险：电气系统中可能会出现浪涌现象，如雷击、电网波动等。这些浪涌可能会对 EVCC 造成严重损坏。　　为了保护 EVCC，我们需要采取以下措施：　　(1)使用静电保护器件：如 TVS 二极管、压敏电阻等，可以有效地吸收静电放电和浪涌能量。　　(2)良好的接地设计：确保 EVCC 有良好的接地，以便将静电和浪涌电流引导到大地。　　六、如何选择合适的EVCC静电浪涌保护器件　　上海雷卯EMC小哥建议在选择合适的静电浪涌保护器件方面建议考虑以下几个方面：　　1、了解保护需求　　(1) 确定保护对象：明确需要保护的是 EVCC中的哪些部分，如微处理器、通信接口、电源电路等。不同的保护对象对静电浪涌保护器件的要求可能会有所不同。　　(2)分析潜在威胁：考虑可能面临的静电和浪涌来源，例如人体静电放电、电源波动、雷击等。了解这些潜在威胁的特性，包括电压幅度、电流大小、上升时间等，以便选择能够有效应对这些威胁的保护器件。　　(3)确定保护等级：根据相关认证标准和规范，确定所需的静电浪涌保护等级。对于EVCC 一般会参考ISO16750-2 5B 和ISO7637-2 5B 做测试 。下面是测试波形和设置参数表格。　　2、选择合适的器件保护类型　　从信号线和电源两个角度来做分析　　(1)信号保护静电放电(ESD)保护器件选择需考虑：　　ESD二极管需要低电容、低漏电流等特点，适用于高速通信接口的静电保护。例如，在 CAN 接口可以选用上海雷卯SMC24。　　聚合物 ESD 抑制器：具有体积小、重量轻、低结电容等优点，适用于空间受限的应用场合，封装参照下图。　　(2)电源浪涌保护器件　　传统方案一般会选择 MOV,GDT ,TVS 进行浪涌保护。缺点是MOV,GDT 器件容易损耗，残压高。　　上海雷卯新型的适合车用的大功率带回扫防浪涌保护TVS ，其残压低，能很好的保护后级电路。如下表所列，为上海雷卯新型大功率低残压常规几颗TVS。　　1，3，5行为新型低残压 TVS, 2，4，6 行为同Vrwm电压同功率的普通TVS。　　从以上参数对比VC要比普通的低很多。　　3、考虑关键参数　　(1) 工作电压：选择保护器件的工作电压应高于被保护电路的正常工作电压，但不能过高，以免影响保护效果。　　(2)钳位电压：钳位电压是指在浪涌发生时，保护器件将电压钳位到的水平。钳位电压越低，对被保护电路的保护效果越好。但钳位电压也不能过低，以免影响正常工作。　　(3)通流容量：通流容量是指保护器件能够承受的最大电流。应根据可能面临的浪涌电流大小选择具有足够通流容量的保护器件，以确保在浪涌发生时能够有效地保护被保护电路。　　(4)响应时间：响应时间是指保护器件从检测到浪涌到开始发挥保护作用的时间。响应时间越短，对被保护电路的保护效果越好。对于高速通信接口和对电压敏感的电子设备，应选择响应时间极短的保护器件。　　(5)电容：对于高速通信接口，保护器件的电容应尽可能小，以免影响信号传输质量。　　4、参考可靠性和品牌因素　　(1) 可靠性：选择具有高可靠性的保护器件，以确保在长期使用过程中能够稳定地发挥保护作用。可以参考保护器件的质量认证、厂家的信誉度、产品的故障率等因素。　　(2). 品牌和供应商：选择知名品牌和可靠的供应商，以保证产品的质量和售后服务。可以通过查阅产品评测、咨询行业专家、参考其他用户的经验等方式来选择合适的品牌和供应商。　　上海雷卯致力于为客户提供高品质产品，以保护电路免受静电干扰和电压波动的影响。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。　　5、进行实际测试和验证　　在实际应用环境中进行测试：在选择保护器件后，应在实际应用环境中进行测试，以验证其保护效果。可以通过模拟静电放电和浪涌情况，观察保护器件是否能够有效地保护被保护电路。　　综上所述，选择合适的静电浪涌保护器件需要综合考虑保护需求、保护器件类型、关键参数、可靠性和品牌因素等，并进行实际测试和验证，以确保能够为 EVCC 提供有效的保护。　　其实对于其它电子产品我们也可以按照同样的方法步骤选择适合的静电浪涌保护器件。
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　　智能手机越来越追求快充，功率越来越高，不仅对充电适配器要求高，对type-c接口也是挑战，所以快充手机的充电浪涌测试越来越严格。　　一、SMD12CA SMD15CA SMD24CA三颗防静电　　二极管性能优势　　这三颗料是作为USB接口Vbus电源接口静电浪涌保护常用料。推荐这三款的原因是如下：　　功率高，能抗大浪涌，这样频繁的热插拔也能保护内部电路。上海雷卯这几款做到5500W-6000W(8/20us),相对Nexperia semtech litttefuse 品牌的DFN2020系列参数一致，单成本只有一半。　　Flat-Clamp 技术，提供平坦和与温度无关的箝位电压，将受保护系统的残余电压降至最低，这样能更好的保护后级电路，VC超低。　　抗静电能力强：接触和空气都在30KV　　下表列出了主要参数：　　依靠以上优势性能目前手机充电口印度非洲都非常适合这几款大功率TVS。　　SMD12CA/15CA/24CA V/I 特性图如下：　　二、为什么手机USB接口要放TVS　　二极管　　首先一点 ，手机USB接口我们插拔的次数比较多，第二，日常使用中因摩擦、触碰容易接触到，所以这一接口在出厂之前必定要做ESD测试认证，即 IEC 61000-4-2 测试。　　我们知道静电和浪涌可能会对手机 USB 口及内部电路造成严重损害。静电产生时瞬间的高电压可能会击穿 USB 口的电路元件。我们插拔USB接口容易产生EOS这都会对内部元件造成浪涌，强大的电流冲击可能损坏手机的芯片和其他电子元件。 所以我们需要对手机USB接口做静电保护，延长手机使用寿命，确保数据安全，稳定性能。　　三、常见的保护措施　　1. 内置保护电路：许多手机在设计时已经内置了一定程度的静电浪涌保护电路，例如使用瞬态电压抑制二极管(TVS)等元件来吸收过高的电压和电流。　　2. 使用保护配件：如带有静电浪涌保护功能的数据线、充电器等，可以在外部提供额外的保护。　　四、上海雷卯针对手机USB接口静电浪涌保护方案　　手机USB接口静电浪涌保护示意图如下：　　USB接口静电保护元件参数列表：
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　　在车联网行业蓬勃发展的浪潮中，雷卯近日迎来了一个激动人心的时刻——荣获“2023-2024车联网科技创新十佳芯片元器件奖”。这一殊荣不仅是对雷卯产品和技术的高度认可，更是对雷卯在汽车电子领域深耕不辍的见证。　　上海雷卯是国家高新技术企业。公司研发团队由留美博士和TI原开发经理组建，凭借技术精湛的研发队伍和经验丰富的电磁兼容行业专家，主要提供防静电TVS/ESD以及相关EMC元器件(放电管TSS/GDT、稳压管ZENER、压敏电阻MOV、整流二极管RECTIFIER、自恢复保险丝PPTC、场效应管MOSFET、电感)，紧跟国内外技术更新脉搏，不断创新EMC保护方案和相关器件，目标方向为小封装，大功率，为国产化替代提供可信赖方案和元器件。　　技术创新，持续引领　　本次大湾区车联网论坛上，上海雷卯提交了基于保护ISO7637-2和ISO16750-2 汽车电源保护的可回扫TVS，在同样的芯片面积下，提供更大保护电流和更低的箝位电压，经过众多tier1和车厂批量验证，获得良好评价。　　值得一提的是上海雷卯的基于CAN总线和车载以太网的ESD保护器件在对比分析评价中，取得了非常好的参数成绩，电流和指标甚至强于安世和smetech厂家参数。以下列举几项关键器件参数。　　在获得此次奖项后，我们将继续秉持“为未来汽车保驾护航，为中国制造曾信心”的理念，进一步提升产品性能，拓展应用场景，力争为客户提供更为优质保护器件。　　行业展望，未来可期　　车联网作为未来智能交通的关键组成部分，正在快速演变。随着5G技术的普及和自动驾驶的逐步落地，车联网市场蕴藏着巨大的发展潜力。我们相信，凭借此次获奖的契机，公司将进一步扩大市场份额，与合作伙伴共同探索更多可能性。　　荣获“2023-2024车联网科技创新十佳芯片元器件奖”，是对我们过去努力的肯定，更是对未来发展的激励。我们将继续以创新为动力，推动车联网技术的进步，为用户带来更安全、更智能的出行体验。感谢所有客户、合作伙伴及员工的支持与信任，让我们携手共创智能出行的美好未来!
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