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1、 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290
2、 Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 超高速接口的浪涌冲击防护和新型 TVS 应用 PROTEK DEVICES (HONG KONG)LIMITED 香港中明科技有限公司 技术应用部 2010年 11 月 1 Chinamax Technologies Limi
3、ted ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406
4、 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 内容提要 一 . 超高速界面的问世 二 . 超高速接口的特征 三 . 超高速接口的种类和用途 1. USB3.0 界面 2. HDMI 1.4 界面 3. Display Port 界面 4. eSATA 界面 5. MIPI 界面 6. MDDI 界面 四 . 浪涌冲击对超高
5、速界面的危害和 ESD 防护要点 1. PROTEK 推出用于超高速界面的新型 TVS-PSSB05P 2. PSSB05P 是一款超低电容 ESD 的装置 1). 寄生电容 0. 3pf; 2). 关断电压 5v; 3). 超低的箝位电压 ; 4). 1路双向的 TVS。 3. PSSB05P 采用 DFN-2-MLP 封装 1).超紧凑型无脚封装 ; 2).传导损耗小 ,减少了分布参数 ; 3).优异的结温性能。 4. USB3.0 接口在接收数据时应用 PSSB05P 的眼图分析
6、;5. 眼图的抖动直方图 统计分析 6. 眼图的抖动时间趋势 统计分析 7. 超高速接口电路的 PCB 设计要点 五 . 超高速界面的 ESD 防护 1. USB3.0 界面的防护 2. HDMI 1.4 界面的防护 3. eSATA 界面的防护 4. MIPI 界面的防护 5. MDDI 界面的防护 2 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 &nbs
7、p; 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 88
8、31 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 一 . 超高速界面的问世 近年来 , 随着多媒体设备和移动数据外设的容量越来越大 , 超高速的数据传输显得越来越重要。 目前已经形成了 HDMI 1.4, USB3.0 和 eSATA 三者并行的局面。 这些新型的超高速界面被应用在包括个人计算机 . 数字消费产品和移动类产品的快速同步实时传输。 随着数字媒体的日益普及以及传输率的不断增大，快速同步实时传输已经成为必要的性能需求。 二 . 超高速接口的特征 1. 超高速界面的特点
9、 超高速接口电路采用 “差分摆幅技术 “, 它们的 ”信号振幅 ”比较如下 : HDMI 1.4 接口使用 TMDS 传输技术，它的差分信号振幅是 400mv; HDDI 接口使用 LVDS 传输技术，它的差分信号振幅是 350mv; USB 3.0 接口使用 400mv 的差分摆幅进行信号传输； MIPI 接口的差分摆幅是 200mv，它是最低的差分信号。 由此看出，超高速接口的传输信号是很低的 -mv 级信号；因此对电路的 “噪声”要求严格，一定是低“噪声”环境。 由于超高速接口传输的信号如此之低，因此要求电路有优良的工作环境，杜绝
10、浪涌冲击的骚扰发生。 3 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email I
11、D： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 2. 超高速接口的最高数据传输速率 : 随着数字媒体的日益普及和传输文件的不断增大，快速同步即时传输成为必要的性能，数字时代需要高速的性能和可靠的互联来实现日常生活中庞大数据量的传输，超高速接口的应用标志着新时代的到来。 超高速接口目前有四种即 HDMI 1.4 接口， USB3.0 接口， e
12、SATA 接口和多媒体外围接口 MDDI 接口 / MIPI 接口。 它们的数据传输速率见下表： 3. 支持热插拔 , 即插即用。 4. 界面类型 : 小体积，微型连接器。 5. 低电压，低功耗。 6. 具有向下兼容的特性： USB3.0 向下兼容 USB2.0; HDMI 1.4 向下兼容 HDMI 1.3 4 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 &n
13、bsp; 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 22
14、38 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 三 . 超高速接口的种类和用途 1. USB3.0 界面 计算机硬件的发展速度飞快，其外设的发展速度就是鲜明的例子，键盘 .鼠标 .调制解调器 .打印机 .扫描仪早为人所共知 , 摄像头 . 数码相机 . MP3 随身听 . 外设硬盘 . 光驱等接蹱而来 , 这些设备往哪接呢 ?-USB 接口。 超高速 USB3.0 的标识 USB3.0 接口由英特尔.惠普.半导体和德州仪 器等公司共同开发的。 超高速 USB3.0 接口叫 移动硬盘接口 ，它比 USB2.0 的速度提高了
15、10 倍，达到 5Gbps。 超高速 USB 会应用到哪些领域？所有需要与计算机进行“快速数据即时同步传送”的大容量存储设备中，即时同步传送的时间不超过 90s, 超过 这个时间，许多最终用户不会接受。 需要与个人计算机之间进行大量文件快速移动的多媒体应用将会从超高速 USB 中获益良多，它为那些需要在计算机和便携式消费类产品之间同步多媒体数据的用户提供了满意的带宽。 2. HDMI 1.4 界面 HDMI 是在 DVI 的基础上发展而来，它们都使用了 TMDS（最小化传输 HDMI 1.4 接口差分信号）信号传输技术。 HDMI 是个非常成功的 高清晰度多媒体接口，
16、是一种全数字化图像和声音传输接口，在高清显示领域普及应用，是消费类产品的主要接口。 HDMI 组织在 09 年 6 月发布了 HDMI 1.4 的产品规范， 其总线最高数据速率 10.2 Gbps， 在 HDMI 1.4 接口上增加了双向的 100Mbps 以太网。 HDMI 的好处是只需要一条 HDMI 线，便可以同时传送 影音 信号。 HDMI 1.4 可以提供 CEC（消费类电子控制）功能，该功能可以实现便携式设备与电视，光盘播放器等家用音 /视频设备之间的联动控制。在电视 .机顶盒 .DVD/兰光光盘播放器 .微型投影仪 .数码摄像机和以太网都使用
17、HDMI 1.4 接口。 5 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email
18、 ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier HDMI 收取高昂的授权费，每年 1 万 1.5 万美元和每个 0.04 美元的专利费。 Display Port 接口由视频电子标准协会（ VESA）批准的，它和 HDMI 1.4 是相同的，但是它是免费的，待它发展起来后，会同 HDMI 1.4 争夺市场。 3. eSATA
19、界面 外部存储设备接口 e SATA 接口。 谈到 e SATA，就涉及 ATA 和 SATA： 1). ATA 就是 AT 计算机上附加设备。 2). SATA 就是 Serial ATA , 是点对点串行接口。 e SATA 的全称是 Extemal Senal ATA (外部串行接口 )，它是 SATA 接口的外部扩展。 eSATA 接口的优势是它的数据传输速度， USB2.0 的数据传输速度可以达到 480Mb/s， IEEE1394的数据传输速度可以达到 400Mb/s，然而 eSATA 最高可提供
20、 3000Mb/s 的数据传输速度，是 USB2.0 的六倍，并且依然保持方便的热插拔功能。 eSATA 接口应用在计算机外部扩展领域。 4. MDDI 和 MIPI 界面 高速串行显示接口分为 移动显示数字接口 通常称为 MDDI 接口 和 移动产业处理器接口称为 MIPI接口 两种 。 1). MDDI 接口 是以美国高通公司为主的 VESA（视频电子标准联盟）制定的标准。 应用在液晶显示控制器， MDDI 仅用 4 根线缆外加电源线， 就支持 3.2Gbps 的双向数据传输 。 MDDI能直接将 LCD 面板和相机模
21、块与 MSM 芯片相连接 (高通的智能 3G/4G 手机芯片 )。 6 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290
22、; Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 2). MIPI 接口 是“显示科技领域行动产业处理器接口联盟”制定的液晶显示控制器标准。 MIPI 联盟包括：手机设备制造商，半导体厂商，软件厂商，系统供应商，外围设备制造商，知识产权提供商。 MIPI 接口可以实现 3G b/s 的双
23、向数据传输， 它使用低压摆幅差分信号，有非常低的输出信号电平。基带和显示器 /相机模块对 MIPI 协议广泛采纳。 MIPI 规范在技术层面上涵蓋范围相对较广，适应性强。 MDDI 与 MIPI 竟争主要存在于高速串行化数据传输的部分， MIPI 信号摆幅是最低的 200mv, 最多支持 4 个通道，每个通道的速率最高为 1Gbps, 理论上 4 个通道可以达到 4Gbps 的传输速率。 而 MDDI 最高支持 3.2Gbps 的传输速率 , 但是它有 CDMA 75%80%的市场占有率支持。 MDDI 与 MIPI 虽然都是致力于便
24、携式电子产品领域，但是针对不同的应用都有相应的解决方案。 四 . 浪涌冲击对超高速界面的危害和 ESD 防护要点 当代最先进的数字消费品和计算机应用，正越来越多地采用 超高速串行接口 。 超高速界面 IC 电路 的 线宽越来越细 ， 采用 3040 纳米级的制造工艺 。这样细的线条经不起静电放电的浪涌冲击，昂贵的芯片尽管在芯片上设置了相应的保护措施，但 2000V 的保护还是抵挡不了静电放电的浪涌冲击，仍需要更高级的静电放电保护，人体很容易产生出 25000V 的静电，所以 超高速串行接口最少也要达到 IEC61000-4-2 的第四级标准的防护。 &nbs
25、p;超高速串行接口的“低电压信号电平”需要极速升降的时间，而电容负载通常会使信号线上安装的 TVS装置达不到这种速度。 超高速串行接口对静电放电防护的规格要求非常严格，特别是极间电容，规纳起来有以下三条： *ESD 防护器件本身的极间电容必须非常低， 为了不影响超高速的传输速率， 极间电容必须小于 0.5pf。 *ESD 防护器件本身对 ESD 浪涌冲击的能量耐受力必须要高，最少要能承受 IEC61000-4-2 接触模式 8KV 的轰击。 *ESD防护器件， 在 ESD 发生期间所提供的箝位电压必须足够低， 不能造成超高速串行接口的损坏。 &n
26、bsp;1. PROTEK 公司推出用于超高速界面的瞬态电压抑制器 -PSSB05P PSSB05P 是 PROTEK 公司“创新的瞬态电压抑制器”产品，它不仅拥有 0.3pf 的超低电容，足以应对各种超高速界面的超高速应用。而且能将 15KV 的 ESD 冲击波形在纳秒时间内迅速箝位到 7V 的安全电压。 PSSB05P 是超高速串行接口浪涌冲击理想的保护器件。 2. 超低电容的 PSSB05P 简介 1). 寄生电容 0.3pf； 2). 关断电压 5v； 3). 超低的箝位电压可达到 7V；
27、4). 能承受 8/20s 的浪涌电流达到 1A; 5). 承受功率 -20W。 7 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290
28、; Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 3. PSSB05 采用 DFN-2-MLP 封装 1). 一路双向的瞬态电压抑制器采用超紧凑型 MLP 无脚封装； 2). MLP 封装大大减小了传导损耗，减少了瞬态电压抑制器的分布参数； 3). 有优异的结温
29、性能，吸收的浪涌冲击电流在其内阻上产生的高热量迅速散掉； 4). 在超高速 PCB 上应用，能减小分布参数影响。 4. USB3.0 接口在接收数据时，应用 PSSB05P 所做的 ESD 保护“眼图分析” 1). 眼图是一项 时间分析工具， 眼图非常利于寻找“最大抖动点”和“电压强度的误差” ，误差增加时，眼图中心的白色空间就会缩小。 2). 眼图由数量足够的取样样本构成， PSSB05P 用于 USB3.0 接口，在接收数据时测量的眼图，其中： UIS 是 8000： 199999； Total 是 8000： 199999，表示
30、示波器共捕捉了 199999 个 UI，截取了其中的 8000个来做的“眼图” 。 3). 眼图的测量是衡量超高速信号质量的最常用的方法， 它直接表明 码间串扰和噪声的影响 ，抖动是 超高速数码传输中导致误码的噪声。 4). 从 PSSB05P 在 USB3.0 接口，接收数据时测量的眼图看出： 眼图的迹线又细又清晰 ,”眼 ”张的很大 , 表明 PSSB05P 的寄生电容非常小，分布参数可忽略， 对 USB3.0 接口的传输数据 没有任何影响，是理想的瞬态电压抑制器。 8 Chinamax Technologies Limited ProTek
31、 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电
32、话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 5. 眼图的抖动直方图 统计分析 X 轴表示抖动的频率，是抖动直方图的 抖动频率范围 ，从 116ps 到 129ps 分布在 6.5ps，可以看出 抖动频率范围 非常窄。 （皮秒 ps 是十亿分之一的千分之一秒） Y 轴表示抖动测量的次数， 抖动直方图的幅度最大点测量的次数达到 15000 次 足够精确。 6. 眼图的抖动时间趋势 统计分析
33、 从眼图的抖动时间趋势图 Y 轴来看， 稳定在 115ps130ps 范围内， 涨落在 130ps-115ps=15PS， 即 7.5ps，看出 抖动 是稳定的。 结论： 1). 在超高速互联链路中，发送器的抖动 是影响整个系统性能的关键因素之一，破坏了传输信号的完整性。从上述三张 PSSB05P 眼图的分析来看，在 USB3.0 系统中，对于 5Gbps 的信号传输，抖动是非常小的，只有 6.5ps（皮秒 ps 是十亿分之一的千分之一秒） ，不会影响传输信号的完整性。 2). 当今超高速电路的浪涌冲击防护是业界争夺竟争的焦点，也是未来应用市场的
34、重点，是企业的生命线。 9 Chinamax Technologies Limited ProTek 公司产品总代理 -中明科技有限公司 香港办事处：香港九龙官塘成业街号摩登仓室 电话: +852-2344 7899 传真 : +852-2344 0290 Email
35、ID： .hk 深圳联络处 ： 深圳福田中心区福华三路深圳国际商会中心 2406 室 电话：(0755) 8831 2218 传真：(0755) 8831 2238 中明 科技有限公司 A leading TVS Supplier 各厂家竟相在技术性能上， 制造工艺上， 结构设计上， 下工夫推出新的超低电容 ESD 保护器件。 PROTEK是出色的厂家，其 PSSB05P 有优秀的技术指标， MLP 封装是超紧凑 . 超薄和低高度，从而大大减小了传输损耗和分布参数 是应用在超高速互联链路中的理想产品。 3). PSSB0
36、5P 的 SPICE 模型和电气参数 SPICE 模型如下图所示： 图中的 D1 和 D2 共四支“控向二极管”组成 桥式电路， D3 是雪崩击穿二极管（ TVS） 。当正的 ESD 从 I/O 进入时，浪涌冲击电流沿着 红线方向 流动，形成泄放回路；当负的ESD 从 I/O 进入时，浪涌冲击电流沿着 兰线方向 流动，形成泄放回路。 图表注释： Is=1E-11 是 10（A） 。 沿着 红线方向 流动的回路由 D2. D3 和 D1 串联组成，沿着 兰线方向 流动的回路由 D1. D3 和 D2 串联组成， 它们的极间电容等于 3 者倒数之和的倒数， 即 Cj= 1 （ 1/C D1+1/C D3+1/C D2） =1（ 1/0.3+1/60+1/0.3） =16.6833=0.15pf。 10
黑公网安备:91230400333293403D