USB3.0登場(chǎng)，提升電路保護(hù)設(shè)計(jì)要求

　　隨著連接帶寬需求不斷增長(zhǎng)的步伐，USB2.0的480mbps傳輸速度已經(jīng)不足以滿足現(xiàn)在和未來(lái)的應(yīng)用要求，USB3.0標(biāo)準(zhǔn)的推出意味著USB接口即將迎接又一次換代。USB3.0或所謂“超高速USB”支持5Gbps左右的傳輸速率，在傳輸速度、電源管理和靈活性方面向前跨越一大步。業(yè)界普遍預(yù)測(cè)2010年年中，USB3.0將在手機(jī)、便攜上網(wǎng)終端等應(yīng)用領(lǐng)域迎來(lái)巨大商機(jī)。

　　USB3.0提供更高的傳輸率、提高了最大總線功率和設(shè)備電流、提供全新的電源管理功能以及向下兼容USB2.0的新型電纜和連接器。USB3.0規(guī)定單一負(fù)載的工作電流，由USB2.0規(guī)定的100mA提升為150mA。一臺(tái)電子設(shè)備最多可以驅(qū)動(dòng)6臺(tái)裝置(標(biāo)準(zhǔn)連接器和微型連接器每端口最高900mA)。所以，USB3.0電流傳輸能力的提高對(duì)電路保護(hù)方案提出了新的要求。

　　泰科電子上海瑞侃電路保護(hù)部應(yīng)用工程經(jīng)理董湧指出，一種協(xié)同電路保護(hù)手段將有助于在USB 3.0應(yīng)用中防止因過(guò)中大電流、過(guò)高電壓和ESD(靜電放電)瞬態(tài)而受損。

　　在過(guò)流保護(hù)方面，USB3.0通過(guò)兩類器件供電，即標(biāo)準(zhǔn)主控設(shè)備(A型連接器)和新型供電設(shè)備(Powered-B連接器)。新的規(guī)范提高了流向USB設(shè)備的電流大小，從最大額定電流0.5A提高至0.9A。Powered-B連接器可以通過(guò)從兩個(gè)額外連接器輸送最高1.0A的電流來(lái)對(duì)設(shè)備充電。由于過(guò)流條件會(huì)影響電源總線，因此所有功率源(如主機(jī)和集線器)都需要進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。通過(guò)增加兩個(gè)額外觸點(diǎn)，新型Powered-B連接器可以讓一種電子設(shè)備為另一種電子設(shè)備提供高達(dá)1000mA的電流。比如，打印機(jī)可以為一臺(tái)無(wú)線適配器供電，這樣就不再需要連接有線網(wǎng)絡(luò)。

　　“USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)方案必須支持每端口最小900mA的電流，過(guò)電流保護(hù)必須滿足發(fā)生故障時(shí)在60s內(nèi)將故障電流限制在5A以下。”董湧表示。

　　與USB2.0集線器可以通過(guò)總線供電不同，USB3.0將不會(huì)提供這種選擇，而只能通過(guò)自有電源供電。由于需要一個(gè)插孔端口對(duì)USB3.0集線器應(yīng)用中的所有連接器供電，因此該插孔上需要使用電路保護(hù)器件防止因過(guò)壓事件受損，這類事件可能有非穩(wěn)壓電源、逆向電壓或電壓瞬態(tài)。在VBUS上安裝泰科電子PolyZen器件以及在該器件端口上安裝六個(gè)小電容PESD器件的方法，能夠幫助實(shí)現(xiàn)協(xié)同的過(guò)流/過(guò)壓保護(hù)方案。

　　此外，對(duì)于支持USB充電的系統(tǒng)還需要具有大電流能力的過(guò)流保護(hù)器件。PolySwitch聚合正溫度系數(shù)(PPTC)器件可以提供具有成本效益的USB過(guò)流保護(hù)方案。在VBUS端口上安裝PolySwitch器件有助于防止因設(shè)備下游側(cè)突然短路而造成的過(guò)流損傷并降低各種USB應(yīng)用中需要的功率損耗。

　　在過(guò)壓保護(hù)方面，USB3.0新規(guī)范的出臺(tái)將使傳統(tǒng)0.5A端口設(shè)計(jì)的過(guò)壓保護(hù)器件不再適用。如果一臺(tái)0.9A主機(jī)斷開，將產(chǎn)生高感應(yīng)電壓尖峰，這會(huì)對(duì)仍然留在總線上的設(shè)備造成負(fù)面影響。各種接口和充電系統(tǒng)都會(huì)因?yàn)槭褂貌徽_充電器、穩(wěn)壓不良的第三方充電器或者熱插拔事件而使便攜式電子設(shè)備面臨受損的危險(xiǎn)。雖然典型USB電源具有5V+/-5%的穩(wěn)壓線路，但在特殊情況下，這些線路上的電壓也可能大大超過(guò)5.25V。接口和充電系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生負(fù)電壓，導(dǎo)致未采取保護(hù)措施的外圍設(shè)備受損。

　　設(shè)計(jì)完善的總線會(huì)吸收這種尖峰，防止設(shè)備與其接觸。泰科的董湧表示：“雖然主要的手機(jī)OEM廠商都有內(nèi)部關(guān)于USB輸入口的過(guò)壓保護(hù)要求，以保證USB輸入端口可以承受16V到24V的電壓，但內(nèi)部測(cè)試表明，帶電熱插拔時(shí)所引起的瞬態(tài)脈沖，盡管非常短仍然會(huì)超過(guò)上述的16-24V電壓。我們建議在所有USB設(shè)備電源輸入端口進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。”在所有USB受電設(shè)備，尤其是VBUS端口上安裝過(guò)壓保護(hù)器件(如PolyZen聚合體保護(hù)zener二極管器件)可以有效防止因電壓瞬態(tài)而受損。對(duì)于USB 3.0設(shè)備來(lái)說(shuō)，PolyZen器件可酌情置于USB輸入端口、Power -B插頭和母插孔電源端口上。他指出，USB 3.0對(duì)于過(guò)壓保護(hù)的要求相對(duì)于 USB2.0沒有任何變化，不會(huì)影響所推薦用于USB端口的過(guò)壓、ESD保護(hù)元件的型號(hào)。