USB Type-C TX/RX 短接到 VBUS 的防护元件评估

图（一）：USB Type-C 端口脚位短接示意图

图（二）：USB Type-C 端口接口脚位示意图

实务热插拔中常见的 TX/RX 线误接至 VBUS 的情况： 

• Connector 机构不密合：长期使用导致端口松动，接触不紧密而引发脚位摇晃短接。 

• Connector 或线材尺寸规格偏差：端口厂商设计与制造的公差，或使用非原厂且未经认证的线材。 

• 环境积尘及水汽：使用环境中的积尘与水汽造成积污导电。

在这些情境下产生的电压并非瞬态 ESD，而是持续性的直流电压输入，容易让低工作电压的 TVS 防护元件长时间导通甚至造成短路失效。

举例来说，以目前消费型市场最常见的 PD 应用电压 20V 为例，最危险的情况是当 VBUS 在正常提供 20V 电源电压时，VBUS 因上述情景短接到 TX/RX pin。如果使用常见 VRWM=1.5V 的 TVS 防护元件，其崩溃电压约为 5V，此时 VBUS 20V 电压会直接使 TVS 防护元件长时间导通而烧毁（参考图（三)）。

而若选用 VRWM >20V 的 TVS 虽可避免此问题，但此类元件的箝制电压会很高，ESD 防护效果较差，可能导致 ESD 测试无法通过。因此在端口防护设计时，除了要避免短接烧毁，也要同时考虑系统的 ESD 防护能力。晶焱科技针对该应用场景推出了专用料件 AZ5H23-02M。

图（三）：USB Type-C 端口 VBUS 20V 与 TX/RX pin 短接示意图

为有效避免上述风险并达到系统 ESD 防护之需求，元件需同时满足「高崩溃电压、低电容值、低箝制电压」，AZ5H23-02M 无疑是最佳选择

• AZ5H23-02M 崩溃电压 (VBV) > 24V，有别于以往 1.5V TVS 之崩溃电压 (VBV) 5V，其为确保即便 VBUS 在 PD 20V 正常供电下，TVS 元件也不会因短接而导通，避免自身损坏后造成功能异常。

• AZ5H23-02M 具备极低电容特性，电容值 (CIN) 为 0.2pF，USB3.2 传输速率高达 10Gbps，任何过高的寄生电容都可能造成信号眼图 (eye diagram) 塌陷、信号品质不良。

• AZ5H23-02M 箝制电压 (VClamp) 足够低以提供 ESD 事件的真实防护：虽然本场景主题为 VBUS 短接，但在常规 ESD 测试（IEC61000-4-2 ±8kV contact）下，AZ5H23-02M 仍须具备快速响应与低钳位能力，IEC61000-4-2 8kV 下箝制电压 (VClamp) 为 10V，保护 CPU 不受 ESD 侵害。

• AZ5H23-02M 与以往高速应用之 TVS 防护元件相同，皆为 0.6mm*0.3mm 封装大小（参考图(四)），但在同样的封装下 AZ5H23-02M 为双通道元件，单颗可以防护两条信号线，对于电路板大小有限的小型设备节省更多 Layout 空间，建议 Layout 图请参考图(五)。

图（四）：对比单通道 0201 封装的 Layout 示意图

图（五）：AZ5H23-02M 双通道 0201 封装建议 Layout 示意图