當(dāng)今關(guān)于接口技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計到今天的終端設(shè)備中。在設(shè)計 USB 主機(jī)端口時，您應(yīng)該考慮兩個主要的保護(hù)領(lǐng)域：過流保護(hù)和靜電放電 (ESD) 保護(hù)。

過流保護(hù)

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(jī)和自供電集線器都必須實施過流保護(hù)?！? 您可以通過使用保險絲或限流開關(guān)來完成此操作。此外，限流開關(guān)是優(yōu)于保險絲的首選解決方案，因為它允許您在設(shè)計期間為每個端口分配更少的功率。在瞬態(tài)事件中，負(fù)載開關(guān)通過在恒流模式下運(yùn)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(guān)閉。選擇限流開關(guān)允許您選擇更小的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和電感器，因為該開關(guān)在過流事件期間可以更準(zhǔn)確地限制電流。限流開關(guān)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(hù)

在設(shè)計 USB 端口時，您應(yīng)該意識到 ESD 沖擊的高風(fēng)險，并考慮使用 ESD 保護(hù)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(hù)，并不保證系統(tǒng)會受到更高級別 ESD 沖擊的保護(hù)。與 HBM 等級相比，國際電工委員會 (IEC) 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)測試更高水平的 ESD 能量，如圖 1 所示。對于系統(tǒng)級保護(hù)，請考慮選擇更穩(wěn)健的 IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)并使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管。

在 USB 2.0 應(yīng)用中，應(yīng)為 V BUS和數(shù)據(jù)線考慮系統(tǒng)級 ESD 保護(hù)。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(yùn)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(shè)備滿足 USB 主機(jī)的保護(hù)要求：一個用于 Vbus 的限流負(fù)載開關(guān)加上一個或多個用于數(shù)據(jù)引腳的 ESD 保護(hù)設(shè)備。TPD3S014結(jié)合了一個限流開關(guān)和兩個 ESD 保護(hù)通道，構(gòu)成了一個單芯片 USB 主機(jī)端口解決方案，如圖 2 所示。TPD3S014和TPD3S044在一個空間內(nèi)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(fù)載開關(guān)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(hù)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(fù)載和短路的應(yīng)用(如 USB 接口);TPD3S014-Q1 可提供短路保護(hù)和過流保護(hù)。當(dāng)輸出負(fù)載超過電流限制閾值時，TPD3S014-Q1 通過在恒定電流模式下運(yùn)行即可將輸出電流限制到安全水平?？焖龠^載響應(yīng)特性有助于減輕 5V 主電源的負(fù)擔(dān)，當(dāng)輸出短路時可以快速調(diào)節(jié)電源。電流限制開關(guān)的上升和下降此時受到控制，力求盡量減小器件開關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)、USB 集線器和媒體接口等 應(yīng)用 中的 USB 接口提供強(qiáng)力電路保護(hù)

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(rèn)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(hù)。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(shè)計，以確保最佳的 USB 主機(jī)端口保護(hù)。