誰(shuí)來保護(hù)USB Type-C的野心?

種種跡象表明，USB Type-C市場(chǎng)將在2016年進(jìn)入爆發(fā)期。以往的電子產(chǎn)品背面和側(cè)面，都不免會(huì)擁擠著各式各樣的接口。在電子產(chǎn)品日益追求小型化的今天，通過一個(gè)接口去接駁各種類型的外設(shè)，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔、輕薄，是開發(fā)者和用戶共同的夢(mèng)想。USB Type-C就扮演著這樣一個(gè)角色。

從性能上看，USB Type-C幾乎是“萬(wàn)能”的。在數(shù)據(jù)傳輸方面，它支持USB 3.1規(guī)范，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)帶寬可達(dá)到10Gbps;同時(shí)它也是電子設(shè)備的功率傳輸接口，基于最新的USB-PD協(xié)議，經(jīng)由USB Type-C可傳輸最高100W的功率;此外，USB Type-C同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)和音視頻信號(hào)的傳輸，堪稱多面手;最后，在物理結(jié)構(gòu)上USB Type-C支持無(wú)方向的正反插，身材也更纖細(xì)，讓用戶體驗(yàn)又上了一個(gè)臺(tái)階。由此可以看出，USB-IF為這次產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)做足了準(zhǔn)備，其“野心”可見一斑。

不過在談?wù)揢SB Type-C的種種“美好”之時(shí)，其產(chǎn)品可靠性的問題也不容忽視，使用中由于熱插拔、短路、ESD、故障設(shè)備和用戶誤操作引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，需要有可靠的電路保護(hù)措施來化解。否則，在用戶挑剔的眼光中，再宏大的“野心”也不免會(huì)碎成一地。

圖1：USB Type-C的接口功能定義，從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了無(wú)方向正反插

通常意義上的電路保護(hù)包括過流保護(hù)和過壓保護(hù)。USB Type-C的過流保護(hù)有四種不同的設(shè)計(jì)架構(gòu)。第一種是直接采用集成了功率開關(guān)的PD控制器IC，這種方案的集成度較高，性能也最好，但是成本也比較高。第二種成本比較低的是“PD控制器+電流感應(yīng)電路”的方案，但性能受限。其他兩種“PD控制器+外置功率開關(guān)”的方案和 “PD控制器+MOSFET+PTC”的方案成本適中，其中后者是Bourns公司特有的方案，可以實(shí)現(xiàn)最佳的性價(jià)比，并且在5-20V的電壓范圍內(nèi)有多種型號(hào)供開發(fā)者選擇。

圖2：四種USB Type-C過流保護(hù)方案設(shè)計(jì)架構(gòu)

USB Type-C的過壓保護(hù)方面是通過TVS來實(shí)現(xiàn)的。由于USB Type-C正反插無(wú)方向的結(jié)構(gòu)，其具有上下兩組對(duì)稱的接口，每組包括兩組10Gbps高速數(shù)據(jù)收發(fā)通道(SSRX+/SSRX -，SSTX+/SSTX -)、一組兼容以前USB標(biāo)準(zhǔn)的480Mbps數(shù)據(jù)通道(D+/D-)和一組進(jìn)行USB-PD協(xié)議通信的專用通道(CC+/-)，所以需要保護(hù)的通道數(shù)量也較以往的USB接口更多，這就需要TVS陣列出場(chǎng)了。為此電路保護(hù)元器件廠商推出了小型化、高集成的方案。比如Bourns的方案， 利用兩個(gè)6通道TVS陣CDDFN10-0516P列和一個(gè)4 通道TVS陣列CDDFN10-0524P，只需三顆器件就完成了USB Type-C的過壓保護(hù)。

圖3：Bourns公司USB Type-C過壓保護(hù)方案

而隨著USB Type-C應(yīng)用的推廣，除了過壓和過流保護(hù)，新的保護(hù)需求也逐漸被發(fā)現(xiàn)，比如過溫保護(hù)。由于USB Type-C的體積小，引腳間距小，又要承載最高100W的功率，所以一旦電纜接口端有異物污染，很容易造成內(nèi)阻的增加，進(jìn)而引發(fā)過熱甚至是煙火危險(xiǎn)。所以在線纜端加入過溫保護(hù)的必要性逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，日本的MCPC(Mobile Computing Promotion Consortium)已經(jīng)有涉及到過溫保護(hù)的條款，相信未來歐美及中國(guó)市場(chǎng)也會(huì)跟進(jìn)。

在USB Type-C過溫保護(hù)方面，一些創(chuàng)新性的產(chǎn)品和方案也正在逐漸進(jìn)入人們的視野。較早期便涉足Type-C領(lǐng)域的區(qū)域代理商世健公司產(chǎn)品經(jīng)理表示，Bourns公司在過溫保護(hù)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，其提出的兩種解決方案都頗具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：一種是采用mini-Breaker 控溫器件，它是一個(gè)可恢復(fù)器件，在溫度異常(過高)時(shí)觸發(fā)，而在電源被切斷或溫度回到安全水平時(shí)自恢復(fù);另一種采用P-TCO的方案，P-TCO是溫度觸發(fā)的可恢復(fù)保險(xiǎn)絲，與mini-Breaker相比體積更小，且在成本上也更有競(jìng)爭(zhēng)力。這兩種方案各具特色，可為不同應(yīng)用需求的開發(fā)者提供更多差異化的空間。

圖4：采用P-TCO的USB Type-C過溫保護(hù)實(shí)例，紅色矩形標(biāo)注處為P-TCO

為了讓上述保護(hù)方案能夠與USB Type-C整體解決方案更緊密地配合，世健針對(duì)市場(chǎng)需求研發(fā)了一系列完整解決方案，其中包括整合了Cypress 集成PD協(xié)議的USB Type-C控制器、MPS高能效電源，以及Bourns ESD電路保護(hù)器件為一體的完整方案。該方案可以讓開發(fā)者獲得一份高性價(jià)比的BOM清單，也讓產(chǎn)品開發(fā)更為便捷。世健公司進(jìn)一步介紹說，根據(jù)客戶的反饋，這一集成了業(yè)界領(lǐng)先芯片的方案具有非常出色的穩(wěn)定性和可靠性，可以廣泛用于Type-C Dongle、電源適配器、專用eMark電纜等產(chǎn)品中，特別是在中高端產(chǎn)品中有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

總之，隨著USB Type-C商用進(jìn)程的加速，其強(qiáng)大的功能會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，各種創(chuàng)意產(chǎn)品也會(huì)層出不窮。用戶在享受USB Type-C強(qiáng)大的功能性的同時(shí)，也會(huì)兼顧可靠性和安全性，這是電路保護(hù)器件廠商的一次難得的商機(jī)。