USB 3.0和HDMI等高速传输介面，已是高阶游戏机的必备规格，因此开发人员必须善加利用聚合物正温度系数(PPTC)与静电释放(ESD)保护元件，以防止因静电或
电源波动等因素，造成介面讯号品质下降，影响消费者使用体验。
以微软(Microsoft)和索尼(Sony)为代表的一体式全新游戏娱乐设备，因其出众的硬体配置及完美人机通讯，为众多游戏爱好者带来全新娱乐体验。新一代游戏主机备有高阶硬体配置，其中包括一到两个通用序列汇流排(USB)3.0介面、高解析度多媒体介面(HDMI)输入/输出(I/O)介面、高容量机械硬碟和蓝光光碟机。
因应高传输/高频率热插拔 电路保护元件防止介面损坏
游戏爱好者在意良好的游戏体验，而设计者则着重设计出高性能且高可靠性的设备，以满足各种不同需求。为适应高速资料传输速率和高频率热插拔的应用环境，设计上务必要保护上述介面，以免因消费者误用，或是静电、电源波动等因素造成损坏。
在低压小功率
电子设备所使用的自复式聚合正温度系数元件(PPTC)，可用来保护精密的电子元件及周边设备；若处于自复功能不可取或不实际的应用系统中，通常会使用片式的表面黏着熔断器。
游戏娱乐设备也容易因过高的瞬变电压而损坏，其中包括它所在的工作环境，及热插拔产生的静电放电(ESD)脉冲。工程师通常使用ESD保护元件，来保护这些易于接触的通讯介面或部件。
对于游戏娱乐设备的电路保护元件，在设计上须考量以下因素：
．PPTC过流/过热保护
PPTC与传统一次性保险丝(Fuse)的过流保护元件不同，已广泛应用于消费性电子产品中，此类元件具有自复功能，可装在各种直流(DC)电源埠，实现电流故障保护；产品具备多种不同
电气性能和尺寸，便于实现各种精确度要求的保护设计方案。在选择PPTC元件时，主要应考虑在最高工作环境温度下，元件的保持电流额定值，是否和设备在正常工作时的有效电流匹配。
．表面黏着熔断器
电流大、尺寸小的表面黏着熔断器，产品上分为熔断快和熔断慢两种；它们的熔断特性都应干净俐落，熔断过程于封装内进行；两者抑制电弧的特性应当良好，并能承受冲击和振动。
．ESD保护元件
高速I/O埠须使用电容小的ESD保护元件，可保持讯号品质不会下降。保护元件应适合高速资料传输线路，以及无线电频率资料线路，并能承受无数次ESD瞬变电压；须符合危害物质禁用(RoHS)和国际静电放电的国际规范IEC61000-4-2要求；此外，电容小、触发电压低及回应时间短，这些都是ESD保护元件须具备的重要特性。
供电量增加 USB 3.0电源保护需求显现
USB 2.0虽为现今最广泛的资料传输介面，但USB 3.0以其5Gbit/s超高的资料传输速率，和更强的电源供电能力，使其广泛应用于新一代消费性电子产品中。因USB 3.0 Vbus供电能力增加，使USB电源埠在过流保护方面的保护需求一并提高。
因表面黏着PPTC针对低压、小功率电源I/O的过流过热具备可恢复保护，在消费性电子产品中应用十分广泛；其特点是在相对经济成本下，可满足短路和UL60950标准要求的限功率源(LPS)保护时间要求，当故障排除后可自动恢复(图1)。
图1 PPTC在USB 3.0电源埠的过流保护示意图
[@B]PCB布局/元件选择并重 高速介面ESD防护更完善[@C] PCB布局/元件选择并重 高速介面ESD防护更完善
新一代游戏机除了提供丰富的游戏体验外，更融合了各种娱乐类型，如大型数位音乐库、数位图像、高画质视频等功能，进而对资料传输产生更高要求。
为因应新的传输需求，当前一体式游戏主机上都配置了USB 3.0和HDMI 1.4高速介面，其中HDMI 1.4的资料传输速率高达3.4Gbit/s，而USB 3.0更达到5.0Gbit/s的传输速率。
新的USB 3.0必须与USB 2.0相容，因此在全新连接器的有限空间内，必须包含全部接脚；但这些线路都靠得很近，可能会导致主机和设备侧的讯号线路发生ESD冲击。
在保证ESD安全的同时，超高速资料传输系统也要求极高的讯号完整性，尤其是在接受端，这对于实现低误码率将十分重要。
在频宽不受限的完美系统中，讯号完整性的测量眼图将完全打开；而在实际系统中，发送和接收阻抗以及电缆两端的所有寄生电容(位于USB 3.0收发器内部或印刷电路板(PCB)外部)，限制了讯号上升/下降时间。不匹配的PCB线路、USB 3.0连接器或其他并联电容器等，均会产生外部寄生电容。
PCB板上USB 3.0的链路布局对于超高速资料传输尤为重要，须通过走线来控制讯号线的阻抗匹配、差分线对以及线对之间的长度匹配、保证线对内和线对间的电气延迟匹配，以确保讯号完整性。
因此，对超高速讯号传输系统的静电放电防护，不仅是透过积体电路(IC)整合ESD元件，或外部具有大电流能力的ESD元件就能完全解决的问题，它需要ESD元件的高性能、PCB布局设计与机械设计的综合考虑，才能实现完善的埠ESD保护。
以TE的电路保护部SESD系列为例，该系列产品具大电流处理能力，ESD接触放电能力高达20千伏特(kV)，可将大部分ESD电流通过瞬态电压抑制器(TVS)管导通到地，并尽可能把箝位电压保持在较低水准，使后续元件可感应残留ESD应力，限制在元件内部整合的ESD，或元件本身可承受的范围内(图2)。
图2 USB 3.0物理通讯链路主机端和设备端的ESD保护电路示意图
图3为USB 3.0介面在5Gbit/s速率下，安装和不安装电路保护元件的实测眼图，从眼图中可以看出，即使在超高速的USB 3.0应用中，使用静电保护解决方案后仍具有极大的安全设计裕度。
图3 未安装(左)和安装(右)SESD的USB 3.0埠之眼图比较
相较于USB 3.0，HDMI 1.4并非在HDMI 1.3的基础上提升传输速率，资料传输率仍保持在3.4Gbit/s；虽然其传输速率低于USB 3.0的5Gbit/s，但对于多数高电容ESD产品已无法适用(图4、5)。
图4 基于SESD系列的HDMI 1.4的ESD保护
图5 未安装(左)和安装(右)SESD的HDMI 1.4埠之眼图比较
过流保护由结构设计做起
完善过流保护方案须权衡电源的工作电流、故障电流及工作温度等条件；而对于ESD保护则须在高性能、低电容产品基础上，进行产品的布局和机械结构设计，以达到最佳的ESD保护性能，并取得系统讯号的完整性。 (本文作者任职于TE)
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