USB Type-C™连接器应用于笔记本电脑甚至机顶盒变得越来越普遍,但随着它应用于小尺寸应用程序,如手机、穿戴设备或其他便携式电子设备,系统设计人员具有不同的设计考虑。他们的挑战是如何利用众多的新功能,包括更高的功率传递;可逆连接器;更高的数据速率;以及运行高清晰度多媒体接口(HDMI)、DisplayPort和Thunderbolt等备用模式的选项,同时不断减少自身系统的外形尺寸和功耗。

 

新型USB Type-C连接器除了用于USB Type A或Micro-USB连接器的标准静电放电(ESD)保护外,还具有挑战性的保护考虑。由于USB Type-C连接器的管脚间距如此之小,因此可能会将高电压VBUS电源管脚短路到附近的数据管脚。而且由于通过VBUS电源传送(PD),VBUS电源管脚可达到20V,5A,因此将VBUS短路到配置通道(CC)或边带使用(SBU)管脚对下游PD控制器来讲将是灾难性的,因为PD控制器并不能处理这些管脚上的较高电压(图1)。

 

 

1:将VBUS短路到CCSBU管脚将导致下游电路故障

 

在手机、可穿戴式或其他便携式电子设备应用中,当实施解决方案以保护PD控制器免受过电压DC或瞬态事件的影响时,电路板空间和功耗限制引起数个设计挑战。例如:

 

  • 该解决方案必须能够存续并保护下游电路,直到允许的最大充电电压和电流(20V和5A),因为在建立PD合同之前,市场上具有可输出20V的不合规适配器。
  • 该解决方案必须是低功耗,因此它不会耗尽电池寿命,这在移动和可穿戴应用中尤为重要。
  • 该解决方案必须占用电路板最小的面积。由于USB Type-C连接器的管脚数(24管脚)和细微管脚间距(0.5mm),当部件占用电路板太多面积时,布局会面临挑战。

 

考虑到所有这些因素,TI已创建了TPD2S300:一个单一的小尺寸、低功耗集成解决方案,为USB Type-C控制器上的CC1和CC2管脚提供保护。

 

TPD2S300是一个双通道集成电路,可保护CC1和CC2管脚免受瞬态ESD(高达±8kV触点和±15kV气隙)和过压短路到VBUS(高达20V)的影响。与大多数标准的外部ESD器件不同,TPD2S300中的集成ESD可耐受更高的工作电压。TPD2S300提供完整的保护,无需外部ESD二极管或电阻。其1.4mm x 1.4mm晶片芯片级封装(WCSP)提供了一个节省空间的解决方案,低静态电流额定值为3μA,节省电力并延长电池寿命。

 

您可将TPD2S300与其他保护装置(如TPD1S514(过压+冲击+VBUS的ESD保护)和ESD122 (双通道低电容ESD保护))配对,为USB Type-C连接器提供一体式解决方案(图2)。

 

 

  

2USB Type-C连接器的一体式解决方案

 

USB Type-C连接器为技术世界带来了无数的可能性和机会。然而,由于这些优势,也会带来保护挑战,这可能会减缓USB Type-C的设计开发。若未妥善解决,这些挑战甚至可能导致现场故障。TI已将所有这一切考虑在内,并设计了一种简单易用的集成解决方案,因此您不需担心。

 

其他信息

原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/07/31/big-usb-type-c-protection-for-your-small-application