湖南静芯推出国内首款0.1pF深回扫型静电保护器件SEUCS2X3V1BA

湖南静芯推出国内首款0.1pF深回扫型静电保护器件SEUCS2X3V1BA 。SEUCS2X3V1BA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HDMI 2.0/2.1和USB 3.X/4.0的高速差分信号线防护。根据IEC61000-4-2和IEC610000-4-5规范，SEUCS2X3V1BA可提供高达±10kV(接触放电)、±10kV(空气放电)的ESD保护，可承受高达5A(8/20us)的峰值脉冲电流。

 

深回扫型ESD介绍

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，可更有效保护高速数据接口免受瞬态过电压的影响，为相关电子产品设备加固防护，提升消费者使用体验。

 

常规型ESD的电压会随着IPP（峰值脉冲电流）的增加而等比例增加，呈现出一个较为线性的增长趋势。而深回扫型ESD器件在当电压达到VT（触发电压）后会瞬间将两端的钳位电压拉低，进入一个小于工作电压VRWM的较低电压VHOLD,之后随着电流的增加电压逐渐增大。

 

其相较于常规ESD器件的优点有：

更低的钳位电压：在相同的IPP下，带回扫ESD的VC（钳位电压）比常规ESD器件低30%以上。

更低的漏电流：这类ESD器件具有更低的漏电流，有助于降低设备的功耗，实现更节能的设计。

更深的应用范围：带回扫ESD的优异性能使其适用于更深的领域，如低压移动电子设备、汽车电子、工业控制等对ESD保护要求较高的场合。

 

图1 ESD特性曲线图对比

通过对比常规ESD和带回扫ESD的特性曲线图及其优点，可以看出带回扫ESD在ESD保护方面具有更出色的性能和应用前景。

 

SEUCS2X3V1BA介绍

 

SEUCS2X3V1BA是湖南静芯研发的一款超低电容 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HDMI 2.0/2.1和USB 3.X/4.0的高速差分信号线防护。SEUCS2X3V1BA的工作电压为3.3V，钳位电压为7.2V，具有 0.1pF 的极低电容。根据IEC 61000-4-2 (ESD) 规范， SEUCS2X3V1BA可用于提供高达±10kV(接触放电)，±10kV(空气放电)的ESD保护，并根据IEC61000-4-5标准承受高达5A(8/20μs)的峰值脉冲电流。

SEUCS2X3V1BA是国内首款电容低至0.1pF的ESD防护器件。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。更高的数据速率对寄生电容非常敏感，因为大电容会使阻抗失配、信号失真，并导致数据损坏或无法读取。对于高速信号而言，ESD 保护二极管需要具有超低电容，以免干扰信号传输。湖南静芯正是基于该需求研发出电容仅为0.1pF的SEUCS2X3V1BA 。

该器件的相关曲线图及参数如下所示。

 

击穿电压曲线	IV曲线
8/20μs浪涌曲线	结电容曲线

表1 SEUCS2X3V1BA 相关曲线图

 

 

图2 SEUCS2X3V1BA眼图测试结果

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM			3.3	5.0	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mA	5.5	7.8		V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=3.3			100	nA
Clamping Voltage	VC	IPP=1A; tp=8/20us		2.5		V
Clamping Voltage	VC	IPP=5.0A; tp=8/20us		7.2		V
Reverse Stand-off Voltage	CJ	VR=0V; f=1MHz		0.10	0.15	pF

表2 SEUCS2X3V1BA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。USB4 2.0版本规范标定接口最大数据传输速度可达80 Gbps，并在单向传输时可实现高达120 Gbps的速率。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 40Gbps 的速度传输数据，在使用两个通道时速度可达80Gbps。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，因此选择电容低至0.1pF的深回扫型ESD器件SEUCS2X3V1BA对引脚进行保护。

 

图3 Type-C带PD应用解决方案

VBUS引脚采用湖南静芯研发的的TDS浪涌保护器ESTVS2200DRVRH进行防护，低速数据差分线D+/D-使用本文介绍的深回扫型超低电容ESD器件SEUCS2X3V1BA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。

 

总结与结论

 

SEUCS2X3V1BA是湖南静芯研发的国内首款电容低至0.1pF的ESD防护器件，拥有低电容低钳位电压的优异性能，可适用于HDMI 2.0/2.1和USB 3.X/4.0的等主流接口的高速差分信号线防护。

 

湖南静芯深回扫型系列ESD器件工作电压涵盖1.0~38V，电流涵盖4~30A，电容最低至0.1pF，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。

 

湖南静芯是一家专门从事高可靠性器件与芯片设计的高新技术企业，为客户提供面向汽车、工业、物联网等高可靠性传感器及相关芯片、半导体器件和应用系统等产品和服务。

 

在分立器件方向具有自带完整ESD/TVS/TSS/MOS等器件工艺技术和产品；

在集成电路芯片方向提供高可靠性的光电集成信号处理/TDS/OVP等芯片技术和产品；

在设计服务方面提供片上集成抗雷击高性能ESD/TVS委托开发设计。