数据线保护

以汽车音响设备的USB配件为例来探讨一下USB的保护。USB接口的触点部分可能受到ESD瞬变事件的影响，因此，USB数据必须使用一个专用的保护元器件。因为USB数据线的数据传输速率通常很高(480Mb/s)，为了不降低正常工作信号的强度，就必须使用一个低电容的保护元器件，同时由它来抑制±25kV ESD的ESD电涌(ISO10605)。使用图2的拓扑可以在低电容与高效ESD抑制能力之间找到平衡点。

这个办法的实质是在USB接口附近连接一个保护元器件。它由几支采用轨对轨结构的二极管组成，本身具有低电容的特性。内部钳位器件为两条数据线提供±25kV ESD (ISO10605)保护功能，以及为Vbus电源线提供保护功能。

假设轨对轨保护器件每条线的电容为2.5pF，预测这个保护拓扑的频响如图3所示。

图3中截止频率大约为5GHz，远离USB 480Mb/s收发器的正常工作频率，因此，USB收发器可以安全工作。 

图3 频响

还有一种方法可以检查这个轨对轨保护元器件对USB协议正常工作模式的影响，就是通过图4的眼图响应来分析信号数据位的完整性。

从图4中不难看出，USB2.0信号的完整性没有受到太大影响，因此它的传输是安全的。

图4 眼图响应与USB 2.0模板

轨对轨保护解决方案的另一个优点是在插接外部配件时（例如汽车音响系统），能够抑制发生在外部接口上的ESD电涌。

如果继续使用这个2.5pF内部电容的轨对轨保护元器件，假设内部钳位电压(Vbr击穿电压)为6V，则可以预测空气放电响应ESD ±25kV ISO10605 (150pF/330)。当施加+25kV的ESD电涌时，模块电子侧的剩余过压大约为+35V；当施加-25kV的ESD电涌时，模块电子侧的剩余过压大约为30V 。

电源线保护

车载模块的电源线保护是在汽车环境中需要关注的另一个问题，这个问题涉及ISO7637-2标准。

例如，为满足ISO7637-2标准，特别是图1中的1、2、3a和3b的脉冲要求，只使用一个瞬变电压抑制器(TVS)即可有效保护车载模块。

电源线保护拓扑如图5所示。

图5 电子模块电源线保护拓扑

当承受图1中的1、2、3a和3b的脉冲时，该保护电路的特性如图6、图7、图8、图9和图10所示。

          图6 在脉冲1测试过程中      图7 在脉冲1测试过程中，在不同

通过TVS上的电压和电流    的时基内通过TVS上的电压和电流