為了利用USB4?（或Thunderbolt? 4）的完整數據速率，通常在超高速數據線上使用重定時器或轉接驅動器設備。這對ESD保護方法有影響，這可能并不完全明顯。典型的USB3.2系統的走線長度可能超過100 mm。重定時器或轉接驅動器器件的放置將導致走線長度顯著縮短，從而對信號走線電感產生積極影響。根據經驗，10 mm走線長度大約相當于3-3.5 nH的電感。雖然從信號完整性的角度來看，降低走線電感肯定是可取的，但降低ESD保護和受保護系統之間的電感也會增加受保護系統看到的峰值電壓。

ESD失效機制和走線長度

受保護IC有兩種主要的ESD故障機制。一種是由流入IC的剩余電流引起的熱故障。在準靜態情況下，該電流取決于進入IC的路徑的導通電阻比與通過ESD保護的接地路徑的導通電阻比。

第二種ESD故障機制超過了受保護系統收發器中柵極氧化物上的最大電場強度。為了降低電場強度，應將受保護芯片看到的峰值鉗位電壓降至最低。這種動態效應不能通過準靜態考慮來捕捉。減小信號走線長度可減小電路板電感Lb在外部ESD保護和受保護芯片之間。對于其他不變的系統，這將增加危險的ESD峰值電壓。

確定峰值抑制性能

為了應對這種影響，Nexperia剛剛發布了首款采用最新TrEOS技術的產品，這些產品針對峰值電壓降低進行了優化。但是，如何發現哪種保護設備適合保護哪種系統呢？為支持設計工程師為其系統選擇合適的保護器件，Nexperia為其高速ESD器件提供了全動態系統高效ESD設計（SEED）仿真模型。與準靜態模型相反，全動態 SEED 模型還允許對峰值電壓抑制進行系統級仿真。

確定ESD保護器件的峰值抑制性能并不像人們想象的那么簡單。ESD槍設計用于測試完整系統的魯棒性，但缺乏顯示敏感收發器系統中峰值電壓的精度。即使在未更改的系統中的兩次測量之間，差異也可能很大。與ESD噴槍測量相比，傳輸線脈沖（TLP）測量可以顯示出顯著更高的再現性。但是，數據手冊通常僅顯示保護器件導通時采樣的標準TLP I（V）曲線。選擇100 ns脈沖長度來評估IEC61000-4-2 ESD脈沖的熱故障模式。

為了評估峰值電壓，需要進行非常快速的TLP（vfTLP）測量。這是對脈沖開始時發生的短過電壓的最準確測量，可以在第一個納秒內研究超過瞬態觸發效應。

重新定時器在運行

為了舉一個實際的例子，我們比較了兩個具有相當電容的ESD保護器件的鉗位。雖然兩個器件的標準TLP鉗位電壓相當，因此ESD脈沖的第二個峰值的能量抑制，但我們直觀地假設紅色器件比藍色器件具有更好的峰值電壓抑制。上升時間選擇為600 ps，以表示IEC61000-4-2脈沖的第一個快速峰值。

a） 100 ms TLP I（V） 測量和 b） 0.6 / 5 ns VFTLP I（V） 測量

在第一種情況下，盡管TLP觸發電壓更高VT1藍色曲線表示，同一器件在保護范圍內提供較低的vfTLP峰值電壓，從而導致IC上的峰值電壓較低。另一個好處是，藍色器件的反向關斷電壓更高 VRWM允許在 USB 類型 C? 環境中直接放置在連接器后面。這樣做的好處是在保護和IC之間增加了更多的電感，從而進一步降低了峰值電壓。在白皮書《為 USB4 選擇 ESD 保護器件》中，我們討論了 USB Type-C 可以將具有更高電壓規格限制的 USB3.2 系統連接到 USB4 系統。因此，USB4 的保護器件應該向后兼容 USB3.2 關于 VRWM當放置在連接器的正后方時。在此位置，它還為交流耦合電容提供保護。

提供實用的解決方案

在USB4環境中使用重定時器或轉接驅動器器件將縮短ESD保護和受保護IC之間的信號走線，從而降低電路板走線電感Lb.雖然較短的走線肯定有利于信號完整性，但在比較其他不變的系統時，其較低的電感會增加峰值ESD電壓。為了應對這種影響，Nexperia可以提供采用最新TrEOS技術的器件，這些器件針對峰值電壓抑制進行了優化。

審核編輯：郭婷