USB 3.0能夠提供達5 Gbps的數據傳輸率，比USB 2.0快10倍以上。這有利于滿足消費者大幅增加的需求，以訪問及分享視訊、音樂及相片等高質量內容。支持USB 3.0的芯片組已經縮減工藝幾何尺寸及封裝尺寸，從而可以達到如此高的數據率，同時還配合開發更小、更低能耗、功能豐富的便攜式多媒體產品。超快數據線路及小幾何尺寸元件的結合，大幅增加了產品遭受靜電放電(ESD)影響的風險。此文專門針對USB 3.0接口審視ESD保護及阻抗匹配問題，以確保可靠、純凈的高速數據傳輸。為了使USB 3.0支援5 Gbps的數據率，在舊的USB 2.0數據對(D+和D-)基礎上增加了兩個差分數據對(超高速Tx及Rx)。此外，配合USB 3.0的芯片組以低至22 nm的半導體工藝為基礎。USB 3.0相對于 USB 2.0傳輸的頻率升高，催生了在超高速線路上布設外部ESD保護元件時必須符合的嚴格阻抗匹配窗口。信號線路上增添任何少量的電容，都會改變阻抗，且因此降低數據傳輸的總體信號完整性。圖1顯示了無損耗傳輸線路的電路表征，其中額定阻抗表征為Z0。此傳輸線路模型能應用于幾乎任何當今高速串聯接口中存在的數據線路。此模型可以用于評估將ESD保護元件置于一條或多條數據線路上的效應。在最基本的形式下，可以看到用以保護的數據線路的齊納二極管形式的ESD保護元件。此二極管有相應的結電容，以及源自封裝內部接合線(bond wire)的少量串聯電感，而此串聯電感會變成數據線路的寄生元件，如圖2所示。由于ESD保護元件中典型接合線的感抗通常不高于1 nH，而且ESD保護元件的電容必須不高于1 pF，對于2.5 GHz USB 3.0信號而言，圖2中電感的阻抗將低于電容的阻抗，在討論中可以忽略此感抗。隨著數據線路上電壓的變化，需要少量的電流來給寄生電容充電。在高頻時，信號線路的電壓迅速變化，此額外充電電流可能相當可觀，因而降低了數據線路中流動的電流。此電流的降低導致數據線路阻抗輕微變化，影響它傳輸的功率總額。如果功率傳輸損耗過高，數據線路信號完整性就會出現下降。USB 3.0規格允許最大寄生電容為1.1 pF(此值包含系統中在USB控制器外部的任何電容)。ESD保護元件的電容僅占系統外部電容中的一小部份。因此，當選擇此類元件時，工程師應當始終謹記，保護元件的較低電容不僅維持數據線路的的信號完整性，還使下行系統中能夠有更大的電容預算。幾乎所有ESD保護元件供應商都會標示出1 MHz時的結電容。但僅有少部份供應商也會標示更高頻率時的結電容。為了極佳地表征高速應用中的實際元件電容，應當考慮在寬廣頻率范圍測量電容。在USB 3.0中，這就等同于在2.5 GHz基礎頻率及其7.5 GHz三次諧波頻率時進行測量。就像任何電容器一樣，保護元件的電容值會隨著工作頻率之變化而變化，原因就在于寄生阻抗，稱作等效串聯電容(ESR)。電容的阻抗在較低頻率低ESR條件下會保持電容性，然后阻抗持續降低，直至達到電容諧振頻率。一旦達到諧振，電容的阻抗將隨著ESR的上升而變成電感性。保護元件反射而導致的信號損耗是另一個重要參數——這通常表述為返回損耗的形式。返回損耗測量的是入射波從待測元件反射所出現的能量損耗有多少。ESD保護元件的返回損耗越低，看到的反射就會越少——相當于更多的信號正在被傳輸。市場上的許多 ESD保護元件在高于5 GHz頻率時寄生電容可能會大幅升高，原因就是阻抗達到諧振并變為電感性。對于工程師而言，理解對于數據線路阻抗通道有影響的ESD保護元件的關鍵參數至關重要。先進ESD保護元件與良好電路板布線技巧的組合，使工程師能夠從在設計中整合受保護的USB 3.0接口而受益，而無須在信號完整性上折衷。(mbbeetchina)