USB端口遷移到最新的USB標(biāo)準(zhǔn)和USB Type-C連接器

若您是一名設(shè)計(jì)師，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的USB端口遷移到最新的USB標(biāo)準(zhǔn)和USB Type-C連接器，那么您可能已考慮過一些事情。

ESD保護(hù)

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

圖1：全功能的USB Type-C插件引腳排列

過壓保護(hù)

其次，隨著高達(dá)100 W USB電源輸出（PD）的引入，VBUS引腳現(xiàn)在可承載高達(dá)20V的電壓電平。若VBUS短路到相鄰的CC，可能對(duì)下游USB Type-C控制器或SBU引腳造成嚴(yán)重?fù)p壞。為防止硬件系統(tǒng)故障，除ESD保護(hù)之外，連接器還需要過電壓保護(hù)。聽起來很簡(jiǎn)單，是嗎？

考慮到過壓保護(hù)（OVP）事件的風(fēng)險(xiǎn)，ESD二極管本身也必須能夠承受20VDC。目前許多較高耐壓保護(hù)選項(xiàng)在電壓過高時(shí)鉗位，在IEC ESD觸發(fā)事件中保護(hù)下游控制器?，F(xiàn)在考慮當(dāng)電纜存在于連接器處（或當(dāng)電纜不存在）時(shí)，短路到VBUS事件中對(duì)系統(tǒng)的影響。當(dāng)電纜引起可能超過40V的振鈴時(shí)，解決方案必須保護(hù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，堅(jiān)固的USB Type-C連接器保護(hù)不僅需要標(biāo)準(zhǔn)ESD二極管，而且需要具有更高電壓、直流耐受的瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管。

需要在OVP和IEC ESD保護(hù)的連接器進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，但是一個(gè)完整的USB Type-C端口保護(hù)解決方案應(yīng)該使您的系統(tǒng)符合新的USB標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格。例如，若您的系統(tǒng)利用USB Type-C的新功能（例如支持超高速通信），則USB Type-C規(guī)范要求CC線路上的VCONN支持為活動(dòng)電纜供電。要使OVP解決方案在CC線路上運(yùn)行，必須支持通過5.5VDC電源軌。端口保護(hù)還必須具有低導(dǎo)通電阻（RON），以確保電源軌上的總壓降不超過USB規(guī)范要求。

若您的系統(tǒng)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(hù)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(fù)雜場(chǎng)景得出一個(gè)魯棒的解決方案，保護(hù)USB Type-C端口不像添加ESD保護(hù)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(shí)現(xiàn)變得復(fù)雜且成本昂貴，同時(shí)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(tǒng)很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗恢С指咄邤?shù)（> 15W）的PD功能，完全符合<15W PD的規(guī)格，”注意已發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上大百分比的USB Type-C電纜和適配器不符合標(biāo)準(zhǔn)，而其他類型可能有故障（圖2）。即使在5V系統(tǒng)中，在與控制器的PD協(xié)商之前，也存在可能發(fā)生高達(dá)20V的短路至VBUS的風(fēng)險(xiǎn)。就像這樣，系統(tǒng)損壞，您的產(chǎn)品聲譽(yù)將會(huì)受損。

圖2：常規(guī)和故障型壁式適配器的CC引腳暴露

要想了解有關(guān)USB C型端口保護(hù)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)的更多信息，請(qǐng)閱讀TI的白皮書：“電路保護(hù)USB Type-C?”。集成TI的USB Type-C端口保護(hù)器系列的設(shè)備，例如TPD8S300或TPD6S300，可解決將USB端口遷移到新的USB Type-C連接器所帶來的復(fù)雜性。

審核編輯：何安淇