aamado Verified Supplier Rep
サージおよび静電気による脅威から電源ラインとデータラインを保護
モバイル機器から車載インフォテイメントシステムに至るまで、USBインターフェースは電源供給およびデータ接続に不可欠です。しかしながら、データ伝送速度が向上し、USB Type-Cシステムが電力供給のために複数の電圧レベルを必要とするにつれ、静電気放電（ESD）や過電圧事象に対する脆弱性が著しく高まります。
MCCは、USB 2.0、3.x、4.0、およびPower Delivery（PD）アプリケーション向けに、ターゲットを絞ったESDおよび過電圧保護ソリューションを提供しています。当社の製品群は、業界で最も厳格なEMC規格に完全に準拠しており、高速設計アプリケーションにおいても、堅牢な信号完全性と省スペース効率の高いフォームファクタを実現します。
車載用USB Type-C：ESDおよびサージ保護の課題
車載用グレードのUSB Type-Cインターフェースは、頻繁な嵌合サイクル、機械的ストレス、過酷な過渡現象など、厳しい電気的および環境的条件にさらされます。これらの条件により、特にUSB PD仕様を実装するシステムにおいては、堅牢なESDおよびサージ保護対策が不可欠となります。
致命的な脆弱性は、CC（Configuration Channel）およびSBU（Sideband Use）ピンに生じます。これらの信号ラインは、USB Type-Cコネクタ内でVBUSに隣接する位置に配置されています。ホットプラグ抜去時には、特にPD3.1規格においてVBUSが最大48Vに達する可能性があるため、CC/SBUがVBUSに短絡するリスクがあります。ロジックレベルのピンがこのような高電圧にさらされると、ラッチアップや不可逆的な損傷を引き起こす恐れがあります。
この問題を軽減するため、MCCでは過電圧保護（OVP）デバイスを提供しています。これらのデバイスはVBUSと互換性のあるVBR定格を有しながら、大幅に低いレベルでクランプするように設計されています。これにより、過電圧事象への迅速な対応を保証すると同時に、信号の歪みやロジックのオーバードライブを防止します。MCCのデバイスは高いサージ電流レベルにも対応可能であり、車載用途における堅牢性の要求を満たします。
並行する課題はUSB Type-Cの差動TX/RXラインにあり、高速信号の完全性を維持するためには低容量のESD保護が必要となります。MCCの双方向保護ダイオード — 例えば、ESDULC5V0PUBWFHE3-TP — は、0.3pF未満の静電容量を特長とし、アイダイアグラムや伝送品質を損なうことなくIEC 61000-4-2規格への準拠を実現します。これらのソリューションは最小の挿入損失に最適化されており、車載用EMC要件に準拠しています。
図1：USB Type-Cのピン配列および重要な保護ポイント
MCCのUSB保護ラインナップ
| アプリケーション | 品番 | パッケージタイプ | 電圧 | 静電容量 （標準） |
|---|---|---|---|---|
| USB2.0 | ESDULC5V0PUB WFHE3 |
DFN1110-3 (SWF) | 5V | 0.3 pF |
| USB3.x Gen1/2 | ESDULC5V0PUB WFHE3 / ESDULC5V0LB WFHE3 |
DFN1110-3 (SWF) / DFN1006-2L | 5V | 0.3 / 0.25 pF |
| USB4.0 Gen3 | 開発中 | DFN2510-10 / DFN1006-2L |
1.5 / 3.3V | 0.18 pF |
| PD3.0 (24V) – VBUS | ESD24VD5HE3 | SOD-523 / DFN1610 |
24V | 36 pF (High Ipp) |
| PD3.1 (48V) – VBUS | 開発中 | DFN1610 | 48V | (High Ipp) |
| PD3.0 (24V) – CC/SBU | ESDSBLC24VPUB WFHE3 |
DFN1110-3 (SWF) / DFN1006-2L | 24V | 5 / 3 pF |
| PD3.1 (48V) – CC/SBU | 開発中 | DFN1006-2L | 56V | 3 pF |
民生用および産業用USB-Cの保護
USB Type-Cは、民生用および産業用アプリケーションにおけるユニバーサル接続規格として台頭しています。しかし、非車載用途であっても、システム完全性を損なう可能性のある頻繁なホットプラグ、コネクタの劣化、日常的な取り扱いなどのESDリスクがある場合には、信頼性の課題は依然として存在します。
AEC-Q100の認証は必須ではないものの、USB-Cインターフェースは長期信頼性を保証するため、VBUS、CC/SBU、および高速TX/RXラインを電気的オーバーストレス（EOS）およびESDから保護しなければなりません。
MCCのESD保護製品群は、低容量・高速動作の抑圧をコンパクトなフォームファクタで実現し、スペース制約のあるシステムにおける基板レベルでの統合に最適化されています。MCCのESD保護ダイオードは、0.25pFという超低容量と最適化されたクランプ性能を特長とし、先進的なUSB-C実装において信号の完全性と機械的信頼性を維持しながら、厳しい業界規格への準拠を保証するという二重の利点を提供します。
MCCのソリューションは以下の用途に最適です。
ラップトップ、タブレット、およびスマートフォン — スペース、電力密度、および信号の明瞭さがすべて重要な要素である場合 ドッキングステーションとハブ — 複数のUSB-Cパスを管理し、頻繁なホットプラグサイクルに直面する場合 USB4.0インターフェース — 最大40Gbpsの信号チャンネル向けに超低容量保護を必要とする場合
図2：USB Type-Cのピン配列および重要な保護ポイント（民生用機器）
MCCのUSB保護ラインナップ
| アプリケーション | 品番 | パッケージ タイプ |
電圧 | 極性 | 静電容量 （標準） |
|---|---|---|---|---|---|
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDSBULC3304DFN10 | DFN-10 | 3.3V | Uni | 0.40pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDSBULC3304DFN10B | DFN-10 | 3.3V | Bi | 0.22pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDULC3V6AE2 | 0201-A | 3.6V | Bi | 0.18pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDSBULC0104DFN10 | DFN-10 | 1.5V | Uni | 0.40 pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDSBULC0104DFN10B | DFN-10 | 1.5V | Bi | 0.22 pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | CSPSBULC1V5AE | CSP0201 | 1.5V | Bi | 0.20 pF |
| USB 3.x Gen 1/2 | ESDULC3V3PRB | DFN5515-18 | 3.3V | Uni | 0.25 pF |
| USB4.0 Gen 3 | 開発中 | DFN2510 | 1.5V / 3.3V | Uni | 0.18 pF |
| USB4.0 Gen 3 | 開発中 | 0201-A | 1.5V | Bi | 0.18 pF |
| PD 3.0 | ESD2451P6 | DFN1610 | 24V | Uni | Ipp = 40A |
| PD 3.1 | 開発中 | DFN1610 | 48V | Uni | High Ipp |
| PD 3.0 | ESDSBLC24VD5B | SOD-523 | 24V | Bi | 5 pF |
| PD 3.0 | 開発中 | 0201-A | 26V | Bi | 3 pF |
| PD 3.1 | 開発中 | 0201-A | 56V | Bi | 3 pF |
| USB 2.0 | ESDSLC5V0LTB | DFN1006-3 | 5V | Uni | 0.30 pF |
| USB 2.0 | ESDSLC3V3AE2 | 0201-A | 3.3V | Uni | 0.60 pF |
なぜ早期の設計段階で保護対策が必要なのですか？
業界の故障解析によれば、USB-Cポートは民生用電子機器ハードウェア問題の約20%の原因となっており、主な故障メカニズムはコネクタの摩耗と電力サージによる損傷であることが明らかになっています。過酷な環境下では信頼性の課題が深刻化します。 IEEE 61850-3準拠試験により、車載および産業用アプリケーションにおけるUSBインターフェースは、振動、湿気侵入、および電気的過渡現象の複合影響により著しく高い故障率を示すことが実証されています。これらの脆弱性は、重要なインターフェースポイントにおけるESD保護の不備に起因することがよくあります。シンプルな5V USB 2.0インターフェースから高度な48V PD3.1電源供給システムまで、MCCの包括的な保護ソリューションは信号の完全性を守りながら、製品の寿命を最大限に延ばします。
初期設計段階から堅牢なサージおよびESD保護を統合することで、認証適合性を確保し、コストのかかる後期段階での再設計を排除し、信号の完全性を保護します。これにより技術的および商業的両面の利点がもたらされます。
接続を保護します。 MCCのUSB保護ソリューションは、今日のUSB-Cのニーズだけでなく、将来のニーズにも対応します。
USB以外の用途をお探しですか？MCCは究極のEthernet ESD保護：MCCの高性能デバイスも提供します — ここでも早期の設計導入が同様に重要です。