为实现适当的信号完整性性能，TVS二极管的电容必须很低，但TVS二极管也必须提供较高的ESD包含水平。

图4a、b为整个USB3.0链路的眼图模拟图(误码率为1E-6)。在图4a中，所用的接收信号是在未经接收端均衡器处理之前。在图4b中，所用的接收信号是经接收端均衡器处理之后。红色的内轮廓线所示为用外推法得到的误码率为1E-12时的眼图张开程度。红紫色轮廓线为USB3.0技术规范中规定的超高速一致性测试的有效值。比较这两个眼图，在接收端使用均衡器的效果显而易见。

图4a：未经接收端均衡器处理之前的信号眼图。

图4b：经接收端均衡器处理之后的信号眼图。

超高速链路和USB2.0传输链路采用了差分耦合90欧姆线路。链路内部的阻抗不匹配造成的信号反射会降低信号完整性。为避免出现这种情况，包括USB3.0电缆在内的整个布局设计，应当实现90欧姆差分阻抗匹配。

为尽量减少斜率下降，并且提供相同的延迟时间，所有差分耦合线路均必须为相同的长度。对USB3.0电缆而言，这一点尤为重要。斜率下降的多会降低信号完整性，从而导致所谓的“差模共模信号转换”。所产生的共模信号会影响EMI测试的顺利进行。阻抗匹配的适当布局设计，能避免这些问题。

USB3.0超高速链路和USB2.0链路的布局布线考虑

在整个USB3.0链路的布局布线设计中，应考虑下列因素：(1)所有PCB线路和互连电缆均采用完全阻抗匹配的90欧姆差分设计。(2)必须最大限度地减少非差分耦合线路。(2)非差分耦合线路会严重影响眼图的内眼张开程度。(3)90欧姆差分耦合PCB线路的线路宽度和线路间隔不应太窄，以避免造成额外的损耗，同时便于生产。从生产的角度而言，差分线路的理想线路宽度为0.3毫米，线路间隔为0.2毫米，这会形成200微米的电介质高度(假设FR4，且er=4)。(4)差分耦合链路的正电和负电线路(包括USB3.0电缆)之间的延迟(线路长度)完全相同(最大限度地减少斜率下降)。对于保持很高的信号完整性和避免生成共模信号，这一点很重要。
图5为具备ESD防护电路的USB3.0标准A连接器横截面的布局布线设计示例。

具备ESD防护电路的标准A连接器USB3.0布局布线设计建议

图 5：具备ESD防护电路的标准A连接器USB3.0布局布线设计建议。

USB3.0的新型ESD防护策略

持续不断地减小芯片的各个组件的尺寸是降低生产成本、提高工作频率的根本，但与此同时，这种微型化也产生了新的问题(如容易发生ESD击穿)。因此，对提供可靠的ESD防护机制的要求与日俱增。

USB3.0可提供最高5Gbps的数据率，因此基本频率高达2.5GHz。为实现很高的信号完整性，数据信号的上升时间和下降时间必须非常短。对第3谐波或第5谐波的处理，不应发生明显衰减。这些只能通过利用寄生效应最小、半导体开关速度最快的尖端半导体制程才能实现。这种微型化半导体结构的缺点，是对ESD冲击造成的过压的耐受能力降低。采用内置ESD防护装置，会引起寄生效应(寄生电容)，并且需要占用很大的片上空间。

一种十分经济高效的方法，是同时采用内置ESD防护机制(集成到USB3.0收发器中)，以及专为提供外部ESD防护而定制的性能增强(即高电流)应用电路(由器件/电路设计者在电路板上实现)。内置ESD防护机制旨在提供器件级保护，例如，严格遵守HBM JEDEC JESD 22-A115要求。内置ESD防护对在开发、生产和电路板装配过程中安全地拿放器件很重要。专为该应用定制的外部TVS二极管则按照 IEC61000-4-2标准，实现了更加严格的系统级保护。

为提供适当的USB3.0系统级ESD防护，ESD防护器件(TVS二极管)必须满足不同的要求。可参照IEC61000-4-2标准，根据残留箝位电压和TVS二极管对ESD冲击的响应，判断TVS二极管的ESD防护性能。

TVS二极管的ESD防护性能会受TVS二极管的一些特性影响，比如最低R_on(动态电阻R_dynamic)和专为该应用定制的最低V_breakdown。

根据经验，可以计算出箝位电压(V_clamp)：

为确保应用的安全，压敏电压必须与所保护的线路上的最高电源电压和最高信号电平相一致。动态电阻(R_dyn)应当尽可能小。结合最优压敏电压和最低动态电阻，可最大限度地减小IC上的残留ESD应力。

可根据传输线路脉冲(TLP)测定值，推导出动态电阻(图5)。

专为USB3.0超高速模式提供ESD防护而定制的英飞凌ESD3V3U4UL TVS二极管的TLP测定结果

图6：专为USB3.0超高速模式提供ESD防护而定制的英飞凌ESD3V3U4UL TVS二极管的TLP测定结果。

根据TLP测定图，可计算出动态电阻(图6)：

为对USB3.0超高速链路提供静电防护，英飞凌专为该应用定制了一只动态电阻仅为0.3欧姆左右、最高反向工作电压为3.3V(压敏电压最低4V)的TVS二极管(ESD3V3U4ULC)。在测试中，16A的ESD冲击的箝位电压为11V，这在当今市场上的同类产品中堪称佼佼者。

备注：按照IEC61000-4-2标准，所用16A TLP测试脉冲非常适合8KV接触ESD冲击，在30ns点上提供了16A的ESD电流。

为保护另外的USB2.0链路，TVS二极管必须提供稍高一些的反向工作电压/压敏电压。为支持全速和低速模式，必须提供更高的压敏电压，从而形成最高+5V左右的信号振幅。英飞凌ESD5V3U1U和ESD5V3U2U系列可提供最低5.3V的反向工作电压(压敏电压最低6V)，二极管电容典型值为0.4pF。