想要保护您的USB端口而不会减慢速度？

USB 是一种四线接口，用于将上游主机/充电器连接到下游设备（图 1）。VBUS （+5 VDC） 和 GND （0V） 是电源引脚，而 D+ 和 D- 用于差分或单端数据传输。数据被组织成数据帧或数据包。每个帧可以包含用于时钟同步、数据类型标识符、设备地址、数据有效负载和数据包结束序列的位。数据传输以 1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）或 480Mbps（高速）的速度使用一系列具有不同外形规格的连接器进行。A、B、迷你 B 和微型 B 型是最常见的连接器类型。

图1.USB 接口框图。

传统的 USB 保护选项的效果如何？
USB 数据结构的控制由串行接口引擎 （SIE） 在电缆的每一端处理。此专用控制器或较大控制器的子集通常包括处理 USB 协议的 USB 收发器硬件。当外围设备首次连接到电缆时，SIE 会向主机提供配置信息和电源要求。在操作过程中，SIE根据所需的传输速度格式化所有数据，并提供错误检查和故障处理。SIE 处理总线流量控制，并根据需要启用或禁用线路驱动器和接收器。主机启动所有事务，然后遵循主机和外围设备之间的一系列数据交换。这包括有关数据何时损坏或可能发生的其他故障的规定。

用于USB数据通道保护的常见IC解决方案使用过程隔离技术，以确保高压设备和低压设备之间不存在电流路径。这涉及在控制器之间的某个位置使用隔离 IC（图 2）。

图2.隔离放置在 USB 控制器之间。

虽然这确保了USB端口即使在高达5kV的电压下也能继续正常工作，但这种方法只允许高达12Mbps的数据传输速率。

一些IC解决方案的局限性在于它们仅提供上游保护（即，主机端受到保护，而下游器件不受保护）。此外，一些隔离IC保护数据传输引脚（D+/D），但不保护电源引脚（VBUS/GND）。可以使用分立元件构建更小的定制USB保护电路。但是，由于需要许多组件，因此该解决方案非常复杂，同时仍仅允许以12Mbps的速度传输数据。

显然，这些都不是您问题的理想解决方案。

无需隔离
即可实现所需的保护 幸运的是，我们可以为商业和工业设备推荐一种替代USB端口保护的集成解决方案，如图3所示。

图3.MAX22505 USB保护方案

MAX22505 USB保护方案可保护USB端口免受故障影响，同时允许高达480Mbps的数据传输速率。该器件可确保 USB 端口在暴露于工业和商业环境中通常遇到的电压电平（±24V AC 或 ±40V DC）时得到充分保护。在接线故障导致USB端口与高压接触的情况下，该IC通过有效地“开路”与端口的连接来响应，从而保护上游主机和任何连接的下游设备。在故障解决之前，无法进行数据传输。另一个好处是节省电路板空间。该解决方案只需要120mm的面积2，可节省 20% 到 50%（与其他解决方案相比）。此外，所有 USB 端口引脚在发生故障时均受到保护（电源为 ±50V DC，数据为 ±40.7V），无需配置。您可以通过评估套件评估IC。MAX22505EVKIT具有大功率外设部分、低功耗外设部分和高功率主机部分，每部分均提供USB总线过压保护。

审核编辑：郭婷