作者@@：ADI模拟和@@电源@@管理专家@@Nazzareno (Reno) Rossetti和@@ADI工业和@@医疗健康事业部业务经理@@Josh Fankhauser
新的@@@@USB Type-C® (USB-C)电缆@@和@@连接器规范极大地简化了数据互连@@，以@@及为数码相机@@、超薄平板电脑等电子@@产品供电的@@方式@@（如图@@@@1）。该@@规范支持高达@@15W的@@USB-C充电应用@@，而@@USB-C功率传输@@(PD)将充电能力扩展至@@@@100W，包括各种可互换充电的@@设备@@@@。不过@@，USB Type-C在系统@@保护@@方面也带来了新的@@@@挑战@@。
这类接口正反面一致的@@连接器在引脚@@间距上较@@USB Micro-B小@@，无形中增加了@@@@VBUS发生机械短路的@@风险@@。另外@@，由于@@USB PD具有高电压@@，需要更强大的@@保护@@@@。随着电子@@负载越来越复杂@@，也需要加强@@ESD（静电释放@@）和@@电压浪涌@@保护@@@@。面对@@USB Type-C PD架构以@@及与@@D+/D-数据信号保护@@相关挑战@@，ADI提出了一种高度集成的@@@@2 x SPDT开关@@，只需较少的@@@@BOM和@@PCB占用空间@@@@，就能够攻克上述挑战@@。
图@@1.数码相机通过@@USB-C电缆@@连接到平板电脑@@
USB-C PD系统@@
图@@2显示了一个典型的@@便携式电源@@管理设备@@前端@@，该@@设备@@可连接到@@USB-C电缆@@，并且@@由锂离子@@(Li+)电池供电@@。
图@@2.USB PD电源@@管理系统@@@@
当@@存在@@VBUS时@@，它为充电器@@、系统@@和@@其余模块供电@@，同时@@@@对电池充电@@。当@@VBUS断开时@@@@，电池为系统@@供电@@。使用@@USB-C电缆@@时@@@@，CC1和@@CC2引脚@@决定端口连接@@、电缆@@方向@@、角色@@(role)检测和@@端口控制@@。D+/D-线是@@标准的@@@@USB-C通信线@@，以@@480Mbps的@@速度处理数据@@，并受到@@D+/D-保护@@装置的@@保护@@@@。PD控制器实现供电协议@@。
保护@@挑战@@
电源@@中出现电涌和@@静电放电@@(ESD)很常见@@，可能会干扰或@@导致电子@@负载和@@设备@@损坏@@。ESD是@@由于@@静电荷从人体转移到电子@@电路引起的@@@@，这是@@手持电子@@设备@@面临的@@一个大问题@@。浪涌@@可能是@@由闪电引起的@@@@，也可能是@@在靠近雷击的@@地方铺设的@@长电缆@@中引起的@@@@。开关@@或@@继电器会在开启和@@关闭操作期间引起浪涌@@@@。负载突降是@@通过切断汽车上的@@电池连接而@@产生的@@浪涌@@@@。良好的@@数据线保护@@@@IC应能提供足够的@@保护@@@@，而@@不会显著降低@@数据质量@@。
集成解决方案@@
以@@ADI MAX20334为例@@，它是@@一款@@2 x SPDT开关@@，具有过压保护@@功能@@，适用于便携式设备@@@@（图@@3）。该@@IC旨在保护@@下游数据线免受高压短路@@、ESD或@@浪涌@@事件的@@影响@@。
该@@设备@@具有便携式电子@@设备@@中高性能开关@@应用所需的@@低@@导通电容和@@低@@导通电阻@@，支持内部正过压和@@浪涌@@保护@@功能@@，可处理@@USB低@@/全@@/高速信号@@，并采用@@@@2.7V至@@5.5V电源@@供电@@。同时@@@@，该@@IC采用@@12引脚@@(1.23mm x 1.63mm)晶圆级封装@@(WLP)，可在@@-40°C至@@+85°C扩展温度范围内工作@@。
图@@3.具有扩展保护@@@@的@@@@2 x SPDT开关@@
扩展保护@@@@
所有引脚@@均采用@@了@@ESD保护@@结构@@，以@@防止在处理和@@组装过程中遭受高达@@±2kV（人体模型@@）的@@静电放电@@。COMA和@@COMB（图@@2和@@图@@@@3）进一步受到高达@@±15kV（人体模型@@）、±15kV（IEC 61000-4-2中描述的@@气隙放电方法@@）和@@±8kV（IEC61000-4-2中描述的@@接触放电方法@@）的@@ESD保护@@，且不会造成损坏@@。ESD结构在正常运行和@@设备@@断电时@@均可承受高@@ESD。即便在@@ESD事件之后@@，此@@IC也会继续工作@@，而@@不会发生闩锁@@。经测试@@，该@@IC可受到@@-30V至@@+45V(IEC61000-4-5)的@@浪涌@@保护@@和@@@@高达@@+20.5V的@@过压保护@@@@。
图@@4将这种高度集成的@@扩展保护@@@@解决方案@@PCB布局与提供纯正电涌保护@@及较低@@@@OV和@@ESD保护@@的@@典型竞争产品进行了比较@@。后者需要额外的@@电路来满足@@ESD/浪涌@@/OV规范要求@@，增加了@@BOM成本@@，并且@@PCB占用空间@@@@增加了@@@@5倍@@。
图@@4.扩展保护@@@@优势@@
数据完整性@@
从图@@@@5的@@眼图@@@@可明显看出@@，弯曲的@@蓝线与禁止的@@红色禁区保持接近最大@@(close-to-maximum)的@@距离@@，数据信号具有良好的@@完整性@@。保护@@IC的@@高带宽使信号升降时@@间和@@抖动的@@下降幅度最小@@@@，从而@@产生良好的@@误差容限@@，这对于通过@@USB一致性测试很重要@@。
图@@5.D+/D-眼图@@@@
结论@@
尽管@@USB Type-C在数码相机和@@超薄平板电脑等电子@@产品的@@互连@@、供电和@@保护@@方面带来了诸多新挑战@@。但基于@@ADI的@@设计解决方案可提供高达@@±15kV ESD保护@@、-30V至@@+45V浪涌@@保护@@和@@@@+20.5V过压保护@@的@@增强型保护@@装置@@，并可单独保护@@数据线@@，与集成度较低@@的@@装置相比@@，能够以@@更低@@的@@@@BOM和@@更小@@的@@@@PCB占用空间@@@@来满足@@ESD/Surge/OV规范要求@@。
关于@@ADI公司@@
ADI是@@全@@球领先的@@高性能模拟技术@@公司@@@@，致力于解决最艰巨的@@工程设计挑战@@。凭借杰出的@@检测@@、测量@@、电源@@、连接和@@解译技术@@@@，搭建连接现实世界和@@数字世界的@@智能化桥梁@@，从而@@帮助客户重新认识周围的@@世界@@。详情请浏览@@ADI官网@@@@www.analog.com/cn。
关于@@作者@@@@
Nazzareno (Reno) Rossetti是@@ADI的@@模拟和@@电源@@管理专家@@@@。他是@@一名出版作家@@，在这一领域拥有多项专利@@。Reno毕业于意大利都灵理工大学@@，获电气工程博士学位@@。
Josh Fankhauser是@@ADI工业和@@医疗健康事业部的@@业务经理@@，专注于工业通信解决方案业务@@。Josh拥有加州大学洛杉矶分校材料科学与工程硕士学位@@。