作者：ADI模拟和電源管理專家Nazzareno (Reno) Rossetti和ADI工業和醫療健康事業部業務經理Josh Fankhauser

新的USB Type-C® (USB-C)電纜和連接器規範極大地簡化了數據互連，以及為數碼相機、超薄平闆電腦等電子産品供電的方式（如圖1）。該規範支持高達15W的USB-C充電應用，而USB-C功率傳輸(PD)将充電能力擴展至100W，包括各種可互換充電的設備。不過，USB Type-C在系統保護方面也帶來了新的挑戰。

這類接口正反面一緻的連接器在引腳間距上較USB Micro-B小，無形中增加了VBUS發生機械短路的風險。另外，由于USB PD具有高電壓，需要更強大的保護。随着電子負載越來越複雜，也需要加強ESD（靜電釋放）和電壓浪湧保護。面對USB Type-C PD架構以及與D /D-數據信号保護相關挑戰，ADI提出了一種高度集成的2 x SPDT開關，隻需較少的BOM和PCB占用空間，就能夠攻克上述挑戰。

圖1.數碼相機通過USB-C電纜連接到平闆電腦

圖2顯示了一個典型的便攜式電源管理設備前端，該設備可連接到USB-C電纜，并且由锂離子(Li )電池供電。

圖2.USB PD電源管理系統

當存在VBUS時，它為充電器、系統和其餘模塊供電，同時對電池充電。當VBUS斷開時，電池為系統供電。使用USB-C電纜時，CC1和CC2引腳決定端口連接、電纜方向、角色(role)檢測和端口控制。D /D-線是标準的USB-C通信線，以480Mbps的速度處理數據，并受到D /D-保護裝置的保護。PD控制器實現供電協議。

電源中出現電湧和靜電放電(ESD)很常見，可能會幹擾或導緻電子負載和設備損壞。ESD是由于靜電荷從人體轉移到電子電路引起的，這是手持電子設備面臨的一個大問題。浪湧可能是由閃電引起的，也可能是在靠近雷擊的地方鋪設的長電纜中引起的。開關或繼電器會在開啟和關閉操作期間引起浪湧。負載突降是通過切斷汽車上的電池連接而産生的浪湧。良好的數據線保護IC應能提供足夠的保護，而不會顯著降低數據質量。

以ADI MAX20334為例，它是一款2 x SPDT開關，具有過壓保護功能，适用于便攜式設備（圖3）。該IC旨在保護下遊數據線免受高壓短路、ESD或浪湧事件的影響。

該設備具有便攜式電子設備中高性能開關應用所需的低導通電容和低導通電阻，支持内部正過壓和浪湧保護功能，可處理USB低/全/高速信号，并采用2.7V至5.5V電源供電。同時，該IC采用12引腳(1.23mm x 1.63mm)晶圓級封裝(WLP)，可在-40°C至 85°C擴展溫度範圍内工作。

圖3.具有擴展保護的2 x SPDT開關

所有引腳均采用了ESD保護結構，以防止在處理和組裝過程中遭受高達±2kV（人體模型）的靜電放電。COMA和COMB（圖2和圖3）進一步受到高達±15kV（人體模型）、±15kV（IEC 61000-4-2中描述的氣隙放電方法）和±8kV（IEC61000-4-2中描述的接觸放電方法）的ESD保護，且不會造成損壞。ESD結構在正常運行和設備斷電時均可承受高ESD。即便在ESD事件之後，此IC也會繼續工作，而不會發生闩鎖。經測試，該IC可受到-30V至 45V (IEC61000-4-5)的浪湧保護和高達 20.5V的過壓保護。

圖4将這種高度集成的擴展保護解決方案PCB布局與提供純正電湧保護及較低OV和ESD保護的典型競争産品進行了比較。後者需要額外的電路來滿足ESD/浪湧/OV規範要求，增加了BOM成本，并且PCB占用空間增加了5倍。

圖4.擴展保護優勢

從圖5的眼圖可明顯看出，彎曲的藍線與禁止的紅色禁區保持接近最大(close-to-maximum)的距離，數據信号具有良好的完整性。保護IC的高帶寬使信号升降時間和抖動的下降幅度最小，從而産生良好的誤差容限，這對于通過USB一緻性測試很重要。

圖5.D /D-眼圖

盡管USB Type-C在數碼相機和超薄平闆電腦等電子産品的互連、供電和保護方面帶來了諸多新挑戰。但基于ADI的設計解決方案可提供高達±15kV ESD保護、-30V至 45V浪湧保護和 20.5V過壓保護的增強型保護裝置，并可單獨保護數據線，與集成度較低的裝置相比，能夠以更低的BOM和更小的PCB占用空間來滿足ESD/Surge/OV規範要求。