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USB Type-C?:您的ESD解決方案是否保護端口

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2021-11-10 09:38 ? 次閱讀

若您是一名設計師,負責將系統中的USB端口遷移到最新的USB標準和USB Type-C連接器,那么您可能已考慮過一些事情。

ESD保護

首先,與從外部將連接器暴露給用戶的所有系統一樣,您的系統需具有國際電工委員會(IEC)61000-4-2靜電放電(ESD)保護。您還需要保護比以前的USB Type-A或USB Micro-B連接器更多的信號引腳。24引腳USB Type-C連接器(圖1)需要為兩個差分對(D + / D-)提供ESD保護,用于USB 2.0數據;四個差分對用于最高可達20Gbps(TX / RX)的超高速數據總線、邊帶使用(SBU)引腳和兩個配置通道(CC)引腳,用于檢測電纜方向。

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1:全功能的USB Type-C插件引腳排列

過壓保護

其次,隨著高達100 W USB電源輸出(PD)的引入,VBUS引腳現在可承載高達20V的電壓電平。若VBUS短路到相鄰的CC,可能對下游USB Type-C控制器或SBU引腳造成嚴重損壞。為防止硬件系統故障,除ESD保護之外,連接器還需要過電壓保護。聽起來很簡單,是嗎?

考慮到過壓保護(OVP)事件的風險,ESD二極管本身也必須能夠承受20VDC。目前許多較高耐壓保護選項在電壓過高時鉗位,在IEC ESD觸發事件中保護下游控制器。現在考慮當電纜存在于連接器處(或當電纜不存在)時,短路到VBUS事件中對系統的影響。當電纜引起可能超過40V的振鈴時,解決方案必須保護系統。簡而言之,堅固的USB Type-C連接器保護不僅需要標準ESD二極管,而且需要具有更高電壓、直流耐受的瞬態電壓抑制器(TVS)二極管。

需要在OVP和IEC ESD保護的連接器進行系統保護,但是一個完整的USB Type-C端口保護解決方案應該使您的系統符合新的USB標準的規格。例如,若您的系統利用USB Type-C的新功能(例如支持超高速通信),則USB Type-C規范要求CC線路上的VCONN支持為活動電纜供電。要使OVP解決方案在CC線路上運行,必須支持通過5.5VDC電源軌。端口保護還必須具有低導通電阻(RON),以確保電源軌上的總壓降不超過USB規范要求。

若您的系統是電池供電型,依靠Type-C連接器作為電源,則解決方案必須保護CC線路免受過壓狀況,即使在電池電量耗盡的情況下也是如此。

這些及其他復雜場景得出一個魯棒的解決方案,保護USB Type-C端口不像添加ESD保護二極管和OVP FET那么直接易見。OVP FET需要承受由高壓離散TVS二極管給出的鉗位電壓,這使得FET成本高且體積大,具有較低的RON要求。這使得離散實現變得復雜且成本昂貴,同時在USB Type-C連接器的緊湊尺寸周圍消耗的占用面積也很大。

最后,若您正在閱讀此文,可自己思考,“我的系統很簡單,因為它不支持更高瓦數(> 15W)的PD功能,完全符合<15W PD的規格,”注意已發現市場上大百分比的USB Type-C電纜和適配器不符合標準,而其他類型可能有故障(圖2)。即使在5V系統中,在與控制器的PD協商之前,也存在可能發生高達20V的短路至VBUS的風險。就像這樣,系統損壞,您的產品聲譽將會受損。

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2:常規和故障型壁式適配器的CC引腳暴露

要想了解有關USB C型端口保護的設計注意事項的更多信息,請閱讀TI的白皮書:“電路保護USB Type-C?”。集成TI的USB Type-C端口保護器系列的設備,例如TPD8S300TPD6S300,可解決將USB端口遷移到新的USB Type-C連接器所帶來的復雜性。

其他信息

審核編輯:符乾江

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