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USB 3.0的電路保護(hù)方案攻略

作者: 時間:2013-12-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

最新 協(xié)議(或“SuperSpeed ”)被開發(fā)用于提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,并通過支持每個端口上的更高電流水平提高供電能力。它包含新的電源管理功能,以及可向后兼容 2.0設(shè)備的新電纜和連接器。最顯著的變化是,4條附加的銅數(shù)據(jù)線被平行地增加到現(xiàn)有的USB 2.0總線中(如圖1所示)。這些附加的銅數(shù)據(jù)線被用來傳輸超高速數(shù)據(jù),但也會傳輸ESD(靜電放電)和其它有害的瞬態(tài)電壓。

  USB 3.0的電路保護(hù)方案攻略

  圖1:修訂后的USB 協(xié)議增加了一條雙單工數(shù)據(jù)通道。

  USB 增加的電流和供電能力意味著需要新的方案。經(jīng)過改進(jìn)的方法可以幫助保護(hù)USB 3.0應(yīng)用免受過流、過壓及ESD瞬態(tài)電壓帶來的損害。

  USB 3.0的過流保護(hù)

  USB 3.0通過兩個部件提供電源:一個標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)(A型連接器)以及一種新型供電設(shè)備(Powered-B連接器)。最新SuperSpeed規(guī)范提高了可供給USB設(shè)備的電流總量(從0.5A提高到0.9A)。新的Powered-B連接器允許一個USB設(shè)備以高達(dá)1.0A的電流給另一設(shè)備充電。由于過流狀態(tài)會影響電源總線,所有的電源(如主機(jī)、集線器和Powered-B設(shè)備)都必須提供過流保護(hù)。過流保護(hù)也是UL60950標(biāo)準(zhǔn)所要求的。

  與USB 2.0類似,所有類型的USB 3.0主機(jī)必須提供電源。USB 3.0的單個單元負(fù)載重定義為150mA,比USB 2.0的100mA略有增加。現(xiàn)在,一個USB 3.0主機(jī)必須能夠每端口支持多達(dá)6個單元(900mA)。此外,USB 3.0集線器可能不再需要總線供電了。所有USB 3.0集線器現(xiàn)在必須每個端口都能夠支持900mA的電流。

  此外,支持USB充電和USB 3.0的系統(tǒng)需要能承受更高電流的過流保護(hù)器件。USB充電器規(guī)范采用與USB 2.0相同的引腳配置,但允許更高的電流(每端口高達(dá)1.5A)。

  最后,USB 3.0定義了一種新的Powered-B連接器,其主要的好處是更好的便攜性。Powered-B連接器允許去除USB電纜和額外的電源。使用Powered-B連接器的USB設(shè)備現(xiàn)在可為另一USB設(shè)備供電。通過提供兩個額外的接插口,新的連接器可使一個電源(帶有Powered-B連接器插座)能向另一設(shè)備(帶B型供電連接器插頭)提供高達(dá)1000mA的電流。例如,一臺打印機(jī)可給一臺無線適配器供電,從而無需一條有線USB連接。

  在所有這些應(yīng)用中,高分子聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)為USB過流保護(hù)提供了最具性價(jià)比的解決方案。PPTC器件可用于USB 3.0主機(jī)應(yīng)用、USB 3.0集線器應(yīng)用、USB充電器應(yīng)用,以及USB 3.0 Powered-B連接器應(yīng)用中的電流限流保護(hù)。在USB電源的VBUS端口安裝的PPTC PolySwitch器件可在短路時限流,防止因下游電路突然短路造成的過流損壞,并有助于實(shí)現(xiàn)UL60950標(biāo)準(zhǔn)。

USB電源端口上的過壓保護(hù)

  盡管USB定義了電源總線,但這并沒有消除與過壓相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。過壓事件可由一系列失效條件導(dǎo)致,包括用戶錯誤、穩(wěn)壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。接口和充電系統(tǒng)也會產(chǎn)生負(fù)電壓,這會導(dǎo)致未受保護(hù)的外部設(shè)備受損。盡管USB 2.0 電源的標(biāo)稱誤差為5V±5%,但許多采用USB 2.0接口的大規(guī)模系統(tǒng)仍被設(shè)計(jì)成可承受16V甚至28V電壓(連續(xù))。

  由于USB 3.0提高了正常工作電流及其上限,因此,針對傳統(tǒng)0.5A 端口設(shè)計(jì)的過壓保護(hù)器件可能就不太適合用于保護(hù)新的每端口0.9A的USB 3.0接口。當(dāng)一個0.9A主機(jī)拔出時,高壓感應(yīng)尖峰就會產(chǎn)生,它可能會損壞總線上的其它設(shè)備。一個設(shè)計(jì)良好的總線將能吸收這些尖峰電壓,從而保護(hù)設(shè)備免受尖峰電壓的損害。

  泰科電子的內(nèi)部測試顯示,熱插拔引起的瞬態(tài)電壓盡管非常短暫,但電壓值可超過16~24V。內(nèi)部測試還發(fā)現(xiàn),開路電壓大幅超過USB規(guī)范要求(5V±5%)的第三方充電器,可能對


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