USB3.0登場(chǎng)，提升電路保護設計要求

　　隨著(zhù)連接帶寬需求不斷增長(cháng)的步伐，USB2.0的480mbps傳輸速度已經(jīng)不足以滿(mǎn)足現在和未來(lái)的應用要求，USB3.0標準的推出意味著(zhù)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)界普遍預測2010年年中，USB3.0將在手機、便攜上網(wǎng)終端等應用領(lǐng)域迎來(lái)巨大商機。

　　USB3.0提供更高的傳輸率、提高了最大總線(xiàn)功率和設備電流、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規定單一負載的工作電流，由USB2.0規定的100mA提升為150mA。一臺電子設備最多可以驅動(dòng)6臺裝置(標準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電路保護方案提出了新的要求。

　　泰科電子上海瑞侃電路保護部應用工程經(jīng)理董湧指出，一種協(xié)同電路保護手段將有助于在USB 3.0應用中防止因過(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)流保護方面，USB3.0通過(guò)兩類(lèi)器件供電，即標準主控設備(A型連接器)和新型供電設備(Powered-B連接器)。新的規范提高了流向USB設備的電流大小，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)對設備充電。由于過(guò)流條件會(huì )影響電源總線(xiàn)，因此所有功率源(如主機和集線(xiàn)器)都需要進(jìn)行過(guò)流保護。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備為另一種電子設備提供高達1000mA的電流。比如，打印機可以為一臺無(wú)線(xiàn)適配器供電，這樣就不再需要連接有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　“USB 3.0標準保護方案必須支持每端口最小900mA的電流，過(guò)電流保護必須滿(mǎn)足發(fā)生故障時(shí)在60s內將故障電流限制在5A以下。”董湧表示。

　　與USB2.0集線(xiàn)器可以通過(guò)總線(xiàn)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USB3.0集線(xiàn)器應用中的所有連接器供電，因此該插孔上需要使用電路保護器件防止因過(guò)壓事件受損，這類(lèi)事件可能有非穩壓電源、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)現協(xié)同的過(guò)流/過(guò)壓保護方案。

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

　　在過(guò)壓保護方面，USB3.0新規范的出臺將使傳統0.5A端口設計的過(guò)壓保護器件不再適用。如果一臺0.9A主機斷開(kāi)，將產(chǎn)生高感應電壓尖峰，這會(huì )對仍然留在總線(xiàn)上的設備造成負面影響。各種接口和充電系統都會(huì )因為使用不正確充電器、穩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備面臨受損的危險。雖然典型USB電源具有5V+/-5%的穩壓線(xiàn)路，但在特殊情況下，這些線(xiàn)路上的電壓也可能大大超過(guò)5.25V。接口和充電系統也會(huì )產(chǎn)生負電壓，導致未采取保護措施的外圍設備受損。

　　設計完善的總線(xiàn)會(huì )吸收這種尖峰，防止設備與其接觸。泰科的董湧表示：“雖然主要的手機OEM廠(chǎng)商都有內部關(guān)于USB輸入口的過(guò)壓保護要求，以保證USB輸入端口可以承受16V到24V的電壓，但內部測試表明，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設備電源輸入端口進(jìn)行過(guò)壓保護。”在所有USB受電設備，尤其是VBUS端口上安裝過(guò)壓保護器件(如PolyZen聚合體保護zener二極管器件)可以有效防止因電壓瞬態(tài)而受損。對于USB 3.0設備來(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對于過(guò)壓保護的要求相對于 USB2.0沒(méi)有任何變化，不會(huì )影響所推薦用于USB端口的過(guò)壓、ESD保護元件的型號。