當今關于接口技術的最熱門話題之一是通用串行總線 (USB) Type-C 連接器，因其可逆性、更高的數(shù)據(jù)傳輸、功率傳輸和附加協(xié)議而廣受歡迎。雖然新標準令人興奮，但現(xiàn)實情況是 USB Type-A 連接器仍然很突出，并且正在被設計到今天的終端設備中。在設計 USB 主機端口時，您應該考慮兩個主要的保護領域：過流保護和靜電放電 (ESD) 保護。
過流保護
根據(jù)USB 2.0 規(guī)范的第7.2.1.2.1 節(jié)，“出于安全原因，所有主機和自供電集線器都必須實施過流保護。” 您可以通過使用保險絲或限流開關來完成此操作。此外，限流開關是優(yōu)于保險絲的首選解決方案，因為它允許您在設計期間為每個端口分配更少的功率。在瞬態(tài)事件中，負載開關通過在恒流模式下運行將輸出電流限制在安全水平。保險絲將允許電流上升到最大電流水平以上，直到它關閉。選擇限流開關允許您選擇更小的 DC/DC 轉換器和電感器，因為該開關在過流事件期間可以更準確地限制電流。限流開關還允許降低 V壓降在瞬變期間與保險絲實現(xiàn)在 5V Vbus 中。
ESD保護
在設計 USB 端口時，您應該意識到 ESD 沖擊的高風險，并考慮使用 ESD 保護來防止損壞。例如，USB 控制器和收發(fā)器通常根據(jù)人體模型處理 ESD 額定值。此等級是最古老且最常用于檢測 ESD 靈敏度的等級。HBM 等級旨在用于芯片級 ESD 保護，并不保證系統(tǒng)會受到更高級別 ESD 沖擊的保護。與 HBM 等級相比，國際電工委員會 (IEC) 61000-4-2 標準測試更高水平的 ESD 能量，如圖 1 所示。對于系統(tǒng)級保護，請考慮選擇更穩(wěn)健的 IEC 61000-4-2標準并使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管。
在 USB 2.0 應用中，應為 V BUS和數(shù)據(jù)線考慮系統(tǒng)級 ESD 保護。V BUS需要一個大電容來處理熱插拔等電源瞬變，因此可以通過該電容通過 IEC 61000-4-2。但是，數(shù)據(jù)線需要不同的方法。高速線路以 480 Mbps 的最大數(shù)據(jù)速率運行，這意味著無法添加大電容器來防止 ESD。您將需要一個低電容 TVS 二極管以降低對信號完整性的影響。
完整的解決方案
傳統(tǒng)上，多個設備滿足 USB 主機的保護要求：一個用于 Vbus 的限流負載開關加上一個或多個用于數(shù)據(jù)引腳的 ESD 保護設備。TPD3S014結合了一個限流開關和兩個 ESD 保護通道，構成了一個單芯片 USB 主機端口解決方案，如圖 2 所示。TPD3S014和TPD3S044在一個空間內分別允許 0.5A 和 1.5A 的連續(xù)電流- 節(jié)省 2.9 mm x 2.8 mm DBV 封裝。
TPD3S014-Q1 集成器件 配有 一個限流負載開關和一個基于雙通道瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 的靜電放電 (ESD) 保護二極管陣列，適用于 USB 接口。TPD3S014-Q1 器件適用于 可能 出現(xiàn)大電容負載和短路的應用(如 USB 接口);TPD3S014-Q1 可提供短路保護和過流保護。當輸出負載超過電流限制閾值時，TPD3S014-Q1 通過在恒定電流模式下運行即可將輸出電流限制到安全水平?？焖龠^載響應特性有助于減輕 5V 主電源的負擔，當輸出短路時可以快速調節(jié)電源。電流限制開關的上升和下降此時受到控制，力求盡量減小器件開關過程中的浪涌電流。
TPD3S014-Q1 支持 0.5A 的持續(xù)電流。TVS 二極管陣列的額定 ESD 沖擊消散值高于 IEC 61000-4-2 國際標準中規(guī)定的最高水平。此器件高度集成，采用易于布線的 DSV 封裝，可對音響主機、USB 集線器和媒體接口等 應用 中的 USB 接口提供強力電路保護
該系列的電流限制具有反向電流阻斷功能，并且是美國保險商實驗室 (UL) 認可的組件 (UL2367)。它們還為數(shù)據(jù)引腳提供 IEC 61000-4-2(4 級)ESD 保護。這些器件通過減少器件數(shù)量和縮小印刷電路板 (PCB) 的整體占位面積來簡化您的設計，以確保最佳的 USB 主機端口保護。
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