隨著畫質技術不斷的提升，手機與相機的畫素越來越高，硬碟的容量也越來越大，使用者對資料傳輸的需求持續向上提升且對傳輸速度也會更加要求。而USB-IF釋出USB4的規格可以提供40Gbit/s 的傳輸速度，將可以滿足使用者對傳輸速度愈來愈快的需求。為實現如此高速的傳輸速度，USB4控制晶片必須使用先進的半導體製程技術，但也造成USB4控制晶片對靜電放電(ESD)的耐受能力快速下降。
USB4是建構在USB Type C的實體接口上，此介面除了可以將傳輸速率提高到40Gbit/s，而且USB PD供電最高還可以達到100W來實現快速充電。未來USB Type C接口將成為個人電腦、筆電及平板、智慧型手機…等消費性電子產品的主流接口。
與傳統USB相同，USB4在系統上是外露給使用者隨時可以插拔的接口，最普遍的應用就是隨插即用、隨拔即關，然而這個熱插拔動作卻也經常是造成電子系統工作異常、甚至造成USB Type C控制元件毀壞的元兇，因為這樣的動作相當容易造成ESD等暫態雜訊問題。在熱插拔中，由於接口端的訊號線已經帶電，這樣的帶電電纜在接觸系統時， 將形成放電動作。這種現象等同於靜電放電效應會對系統產生嚴重破壞，一般稱這種現象為直接放電。目前在系統的靜電放電測試上，越來越多的廠商要求以Direct-Pin Injection方式測試產品(如圖一所示)，以此來模擬系統在用戶端使用時最常遭受到的ESD事件。
在ESD的系統測試要求方面，除了必須通過IEC61000-4-2的規範外，有部份品牌廠商甚至規範其產品USB Type C連接器需以Direct-Pin Injection的測試方式通過±8kV的ESD轟擊。因此使用ESD保護元件於USB Type C介面來防止ESD事件對資料傳輸的干擾是絕對需要的。
另外由於電子產品已迅速深入全球各個角落，但許多地區因基礎建設不佳或是經常遭遇極端氣候，電子產品遭受EOS(Electrical Over Stress)突波的機率大大提高， 導致返修率也觀察到明顯提升。目前的測試標準主要是採用IEC61000-4-5的國際規範來模擬電源干擾、電源雜訊或熱插拔等造成的EOS事件。測波波型為電壓1.2/50μs和電流8/20μs。部分品牌廠除了制定內規的ESD Direct-Pin Injection方式測試外，還會額外增加EOS Direct-Pin Injection方式測試(如圖二所示)。
圖二: 為EOS Direct-Pin Injection測試設置
對於USB4的高速介面而言，在選擇ESD/EOS保護元件時必須考慮到：
1. 為確保USB4高速訊號傳輸時的訊號完整性，所以選擇ESD保護元件時，須選擇其寄生電容較低的ESD保護元件，建議寄生電容低於0.2pF。
2. 防護元件對ESD的耐受能力必須要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的轟擊。
3. ESD Clamping voltage是最重要的參考參數， ESD保護元件若要對系統提供有效保護，最需要考慮箝制電壓是否夠低，使得ESD的能量能被箝制在更低的電壓以防止系統內部電路受到干擾或損毀，此箝制電壓是判斷ESD保護元件對於系統電路保護效能最重要的參數。
4. USB PD充電技術可以支援四段電壓(5V/9V/15V/20V)，頻繁的熱插拔電源線將極易引發ESD/EOS問題，因此需在系統上採用更加完善的外部突波ESD/EOS保護方案設計。
晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術，特別針對USB4的需求推出AZ5B9S-01F。為避免防護元件的寄生電容影響USB4差動訊號的高速傳輸，AZ5B9S-01F的寄生電容已低於0.2pF，能夠順利通過40Gbit/s的Eye Diagram測試。最重要的是AZ5B9S-01F產品擁有極低的ESD箝制電壓，能夠有效地協助USB4介面通過Direct-Pin Injection±8kV的靜電放電轟擊。圖三為利用TLP量測AZ5B9S-01F產品的電流對電壓曲線。在IEC 61000-4-2接觸模式8kV的ESD衝擊下(等效TLP電流約為16A)，箝制電壓僅有4.6V，能有效避免系統產品於ESD測試時發生資料錯誤、當機甚至損壞的情況。
在電子產品朝向輕薄短小的發展趨勢下，產品的印刷電路板(PCB)也隨之越來越小，但在產品功能強大的要求之下，線路也變得更加複雜，因此PCB的面積已變得寸土寸金，造成產品設計時相當大的困擾。AZ5B9S-01F產品採用超小型DFN0603P2Y 封裝，尺寸僅 0.6mm x 0.3mm，高度僅 0.3mm，主要保護USB4的4組差動對(TX和RX)，另外只需使用一顆AZ1045-08F就可保護其餘的訊號線(D+/D-/CC/SBU)。特別的是AZ1045-08F採用交錯型式的接腳，以提供PCB Layout時可利用穿透式(Feed through)的設計，可免除佈線時的諸多困擾，不但對縮短產品設計階段的PCB Layout工作有相當大的幫助外，還可以縮小PCB面積來達到節省系統成本。此接口還可提供快速充電，在電源端需再依設計的電壓選用一顆合適的EOS元件(如: AZ3105-01F/AZ4512-01F/AZ4520-01F)來保護，此時就可以完整地保護此接口不受ESD/EOS的威脅，圖四即為完整的USB4介面的ESD/EOS解決方案保護線路。
