扬杰科技USB PD快速充电标准的ESD EOS保护方案

USB PD快速充电标准的ESD EOS保护方案

Universal Serial Bus，通常称为USB，是一种定义计算机和外围设备之间的通信、电源和连接器的行业标准。常见的标准是USB 2.0和USB 3.x，不仅传输速率从1.5Mbps提升到40Gbps，而且适用的连接器类型也不一样，如USB Type-A和USB Type-C。随着欧盟法规要求，USB Type-C已经成为欧盟众多电子设备的标准接口，推动了C口的普及。通过USB Type-C除了读写文件资料，还能支持DisplayPort、HMDI等视频信号传输，并支持USB Power Delivery（USB-PD），从而提升USB的电源输出功率。PD 3.1协议规范了充电协议充电功率高达240W，被称为EPR（Extended Power Range扩展功率范围），是PD3.0最大100W功率的两倍。

USB-IF组织发布了USB4 V2标准规范（也被称为USB 80Gbps），还未被成功投入商用，不过已有厂商透露开始流片，预计25年布。USB 2.0和USB 3.x标准中，VBUS上的最大输出电压为5V，设备可以支持的最大功率是15W。USB Power Delivery（USB-PD）标准允许通过兼容的USB电缆向系统提供更多功率（最高支持240 W）。VBUS电压可以随需要提供的电源而变化。常见的电压有5V、9V、15V和20V（PD 3.1支持28V、36V和48V）。

USB type-C接口的亮点是设计更薄、传输速度更快、功率传输更强，能够提供高速数据传输和快速高效的充电体验。事实上，USB Power Delivery（PD）已成为智能手机和笔记本电脑市场几乎通用的充电标准；下图是USB Type-C连接器的引脚配置，它具有24针的金属接口，允许在单根电缆上同时传输数据和供电，接口集成化程度越高，对于EMC处理难度越大；研发评估ESD EOS解决方案时，对不同的电压或数据速率进行了匹配（例如：数据、音频、40 Gbit/s超高速信号）。

USB Type-C不但包含了USB标准中提到的引脚（如D+/D-和TX/RX），而且还有其他特定于USB Type-C的引脚：CC1/CC2和SBU1/SBU2。CC pin是通道配置引脚，用于检测电缆输出电压和配置电流。SBU引脚也可用于音频传输功能（例如DisplayPort、HDMI和Thunderbolt）。

扬杰科技ESD EOS保护方案介绍

扬杰科技拥有完整的ESD EOS保护方案，能够安全保护USB Type-C的每个引脚不受瞬态脉冲干扰。为了满足EMC测试，建议在设计规则允许的情况下，尽可能将ESD二极管靠近连接器，当遭受瞬态脉冲干扰时以达到快速泄放的目的。ESD方案介绍：ESDULC5V0LZBS用于保护TX/RX线，产品特性是Cj值仅0.15pF保证全速40Gbps信号完整性；ESDSLC3V3LT用于保护D+和D-线，DFN1006-6L封装2CH更能优化器件使用数量；ESDSLC5V0LBA用于保护CC引脚和SBU，产品特性具有更高的IPP能力。

与所有电源线一样，VBUS必须考虑如何防止EOS问题。例如，当电缆带电拔出时发生EOS脉冲电压瞬间抬升，从而威胁到后级IC电路。在系统应用中使用ESD器件，需要考虑的关键参数是箝位电压（Vcl），要求ESD器件箝位电压低于系统的最大耐受电压。针对VBUS设计要求，我们也推出支持PD3.0 power 5V~48V防浪涌器件，不同封装的IPP能力不一样，只需按客户要求选用即可。

防止对VBUS的短路是一个值得关注的问题。在对VBUS短路的情况下，CC和SBU引脚由于靠近VBUS，很容易导致VBUS电压灌入信号。下图显示了VBUS短路事件的原因（例如不正确地移除连接器）。USB-PD的电压在5V到48V的范围内。这需要CC、SBU和VBUS引脚上的保护二极管具更高的Vtirgger电压，保证短接时ESD器件不会损坏。

综上所述，在TPYE-C应用场景普及率越来越高，再加上未来执行PD3.1高功率快充标准，所以在电子产品的设计当中了，除了考虑ESD对设备带来的不良，还要考虑插拔瞬间产生的浪涌脉冲对设备的影响；扬杰科技针对不同电压标准应用推荐不同方案类型，以最大限度减少EOS对产品造成损坏，28V~48V power应用产品持续更新中，敬请关注。