USB接口電路保護設計方案

PPTC（聚正溫度系數(shù)）裝置是對電腦及有關裝置提供電流過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足電路設計和USB規(guī)范的需求。
　　現(xiàn)時的USB技術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接口進行數(shù)據(jù)傳輸并提供電源。當發(fā)生短路或連接了受損設備時，如受損的電纜或聯(lián)接頭插入USB接口時，必須對USB集線器及主機裝置提供有效保護。由于這種情況在PC或集線器的使用過程中經(jīng)常發(fā)生，USB規(guī)范中要求對裝置進行可復式電流過載保護，特別指出"PPTCs"是理想的保護技術。
　　USB裝置可歸類為向USB提供額外聯(lián)接點的集線器，或是為系統(tǒng)提供其它功能的功能模塊（例如數(shù)控操縱桿）。集線器裝置還可進一步分為總線供電和自供電兩種。
　　總線供電集線器從USB連接頭的電源插腳取得所有內部功能模塊和后續(xù)接口所需的電源。集線器從前級的裝置中可獲取高達500毫安的電流。而有源總線集線器的外接口每個可獲得高達100毫安電流，最多可有4個外接口。
　　自供電集線器用于內部功能和后續(xù)接口的電源并不是來自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器發(fā)生斷電時，界面仍然能夠正常運行。集線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(guī)范對電流過載保護的要求如下：
　　* 為安全起見，主機和自供電集線器必須提供電流過載保護。
　　* 集線器必須設有對電流過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(xù)接口取電而導致整體電流超過預設定值，電流過載保護電路必須要能夠消除或減少所有受影響的后續(xù)接口的電源。
　　* 電流過載跳閘點不能超過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，電源打開或動態(tài)聯(lián)接或重新配置時)不會導致電流過載保護器跳閘。
　　USB規(guī)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(xù)電源聯(lián)接提供有效的保護設計。當某個接口發(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載報告電路。在正常情況下，PolySwitch裝置的后續(xù)設備電壓（Va）約為5V。在發(fā)生故障時，Va會趺至低于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(jù)。選擇"導線加磁環(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(xù)接口發(fā)揮優(yōu)良電流特性的理想布局。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/329072.htm
圖1. 獨立接口保護電路低壓觸發(fā)電流過載插腳故障報告


　　電路板布局考慮
　　為了達到USB1.1和USB2.0中有關電壓降、電流以及EMI輻射的規(guī)范要求，可按照下面的指引設定PCB布局：
　　* 所有正電源線布線應盡可能短并至少應用50-mil或1-ounce的銅線。
　　* 盡可能避免過孔布線，如果不可避免，需將布線適當加粗。
　　* 如果使用電源總線開關，將它放置靠近USB連接頭。
　　* 如有可能，分開火線和地線層次。
　　* 如使用多層板，將開關部分（后續(xù)電路）和非開關部分（邏輯電路或前級電路）分開。