USB電路保護設計方案

PPTC（聚正溫度系數）裝置是對電腦及有關(guān)裝置提供電流過(guò)載保護的一種既可靠又經(jīng)濟的解決方案。由于這種裝置設有各種尺寸和功率范圍，讓電路設計者可以選擇最合適的款式以滿(mǎn)足電路設計和USB規范的需求。
　　現時(shí)的USB技術(shù)使得各種能夠自行識別的外部設備與電腦聯(lián)接，并自行裝載驅動(dòng)程序以運行新的裝置。而一般即插即用裝置，需要有電源的USB接口進(jìn)行數據傳輸并提供電源。當發(fā)生短路或連接了受損設備時(shí)，如受損的電纜或聯(lián)接頭插入USB接口時(shí)，必須對USB集線(xiàn)器及主機裝置提供有效保護。由于這種情況在PC或集線(xiàn)器的使用過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生，USB規范中要求對裝置進(jìn)行可復式電流過(guò)載保護，特別指出"PPTCs"是理想的保護技術(shù)。
　　USB裝置可歸類(lèi)為向USB提供額外聯(lián)接點(diǎn)的集線(xiàn)器，或是為系統提供其它功能的功能模塊（例如數控操縱桿）。集線(xiàn)器裝置還可進(jìn)一步分為總線(xiàn)供電和自供電兩種。
　　總線(xiàn)供電集線(xiàn)器從USB連接頭的電源插腳取得所有內部功能模塊和后續接口所需的電源。集線(xiàn)器從前級的裝置中可獲取高達500毫安的電流。而有源總線(xiàn)集線(xiàn)器的外接口每個(gè)可獲得高達100毫安電流，最多可有4個(gè)外接口。
　　自供電集線(xiàn)器用于內部功能和后續接口的電源并不是來(lái)自USB接口，盡管前級的USB接口能夠提供100mA的電流并使得當集線(xiàn)器發(fā)生斷電時(shí)，界面仍然能夠正常運行。集線(xiàn)器必須能夠為所有後級聯(lián)接上提供高達500毫安電流。
　　USB規范對電流過(guò)載保護的要求如下：
　　* 為安全起見(jiàn)，主機和自供電集線(xiàn)器必須提供電流過(guò)載保護。
　　* 集線(xiàn)器必須設有對電流過(guò)載檢測并且能夠將檢測結果傳達給USB軟件。
　　* 如果由于一批后續接口取電而導致整體電流超過(guò)預設定值，電流過(guò)載保護電路必須要能夠消除或減少所有受影響的后續接口的電源。
　　* 電流過(guò)載跳閘點(diǎn)不能超過(guò)5.0安培，而且必須高於最大允許的接口電流，使得瞬間電流(例如，電源打開(kāi)或動(dòng)態(tài)聯(lián)接或重新配置時(shí))不會(huì )導致電流過(guò)載保護器跳閘。
　　USB規范要求可以有獨立或集合兩種電流保護方案。使用PolySwitch分別保護獨立接口, 能對后續電源聯(lián)接提供有效的保護設計。當某個(gè)接口發(fā)生故障，該接口的PolySwitch裝置跳閘，相鄰的接口仍能夠正常運行。獨立接口保護也使得設計者選擇較輕巧、反應較為迅速的裝置。
　　圖1是獨立接口保護的基本電路及電流過(guò)載報告電路。在正常情況下，PolySwitch裝置的后續設備電壓（Va）約為5V。在發(fā)生故障時(shí)，Va會(huì )趺至低于1V。
　　為了減小USB電纜上的EMI輻射，通常在Vcc插腳都串接有鐵氧體磁環(huán)。磁環(huán)的串聯(lián)阻抗以及RF阻尼是重要的依據。選擇"導線(xiàn)加磁環(huán)"的配置主要是由于它具有較低的直流串接阻抗。而"電容器輸出"的布局，在串接磁環(huán)后面再并聯(lián)輸出電容器，是使后續接口發(fā)揮優(yōu)良電流特性的理想布局。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/10834.htm
圖1. 獨立接口保護電路低壓觸發(fā)電流過(guò)載插腳故障報告


　　電路板布局考慮
　　為了達到USB1.1和USB2.0中有關(guān)電壓降、電流以及EMI輻射的規范要求，可按照下面的指引設定PCB布局：
　　* 所有正電源線(xiàn)布線(xiàn)應盡可能短并至少應用50-mil或1-ounce的銅線(xiàn)。
　　* 盡可能避免過(guò)孔布線(xiàn)，如果不可避免，需將布線(xiàn)適當加粗。
　　* 如果使用電源總線(xiàn)開(kāi)關(guān)，將它放置靠近USB連接頭。
　　* 如有可能，分開(kāi)火線(xiàn)和地線(xiàn)層次。
　　* 如使用多層板，將開(kāi)關(guān)部分（后續電路）和非開(kāi)關(guān)部分（邏輯電路或前級電路）分開(kāi)。 電機保護器相關(guān)文章:電機保護器原理