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USB Type-C接口EMC设计及过压防护方案

发布时间:2021-11-15 来源:顺络电子 责任编辑:wenwei

【导读】依托巨大的市场发展,智能手机在原有的通讯功能基础上,正体现出其强大的功能扩展性。同时其高功耗也对智能手机的续航能力提出越来越高的要求。2014 年,Type-C 伴随着最新的USB3.1 标准横空出世,这类全新的接口形式,凭借其便捷的正反面拔插,大功率的供电,快速的传输速率等功能得到广泛认可。但是高达 10Gbps 的传输速度必然导致端口的 EMI 辐射超标严重,而功率大、速度快特征对端口防护器件提出了更高要求。


技术背景


Type-A 接口就是我们平常用的最多的标准 USB 接口,Type-A 接口的英文名称就是“Standard Type-A USB”,这说明它是标准的 USB 接口,而其它形状的 USB 接口都是它的衍生物。Type-B 接口,出镜率远没有标准 Type-A 接口高,诸如打印机、显示器 USB HUB等诸多外部 USB 设备采用了 Type-B 接口。Type-C 接口是最新的 USB 接口外形标准。既可以应用在 PC(主设备)又可以应用在外部设备(从设备)的接口类型。


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图 1. Type-C 引脚定义


Type-C 引脚示意如图 1,数据传输主要有 TX/RX 两组差分信号。CC 为配置通道,是两个关键引脚,这是 USB Type-C 里新增的关键通道,它的作用有检测 USB 连接、检测正反插、USB 设备间数据与 VBUS的连接建立与管理等。


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图 2. USB Power Delivery Specification


如图 2,在 USB Power Delivery Specification 中,提到采用一种阶段提高电压与电流的运作方式:主控与 hub 、设备间通信期间,通过 CC 的 pin , 从Profile1(5V@2A)-Profile5(20V@5A)阶段性的提高。


Type-C 需要注意的问题点:


1、高达 10Gbps 的传输速度必然导致端口的 EMI 辐射超标严重;

2、Type-C 电压范围广、功率大、速度快特征对端口防护器件有了更高要求;


顺络电子的 EMC 设计及过压防护


顺络电子作为国际领先的磁性器件龙头企业,结合自身多年 EMC 器件/防护器件的开发和持续的解决方案服务经验,针对 USB Type-C 提出了相应的解决对策,如图 3。


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图 3.USB Type-C的EMC设计


在电压供给端口和地接口部分,使用磁珠来滤除电源中可能含有的高频谐波成分,抑制EMI。


USB3.1 STANDARD A 最大供应电流达到900mA,推荐:UPZ1608E181-2R2TF。


Type-C@1.5A 推荐:UPZ1608E101-3R0TF


Type-C@3A 推荐:UPZ1608U700-4R0TF


Type-C的PD电源PROFILE1~4:UPZ1608E300-5R0TF


Type-C的PD电源PROFILE5:UPZ1608U280-6R0TF


共模扼流器可以有效抑制共模噪音,保留差模信号,因此在差分信号线上推荐使用共模扼流器。


在差模传输线上,D+/D-保留USB2.0的速度,推荐:D+/D-:SDCW2012-2-900TF 


而super speed plus 传输线上,传输评率达到5Gbps,推荐:SSTx+-/ SSRx+-:SDCW2012U-2-900TF


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图 4.USB Type-C过压防护方案


USB Type-C接口支持热拔插,在此操作过程中可能产生高达8kV的ESD,造成对数据传输的瞬态干扰和对硬件的损坏。针对ESD问题,顺络电子提出相应的防护方案,如图4.


USB3.1 其中的超高速传输线的扩展时钟频率达到5GHz,规范规定总的电容:1.25pf(max)@5Gbps,1.1pf(max)@10Gpbs Parasitic Capacitance to Ground,所以防护器件电容一般需要0.2pF以下电容量。推荐物料:


Vbus:SDV1005A090C800NPTF


D+-/SSTx+-/SSR+-:GESD1005H090CR10GPTF


在以上器件放置时,压敏电阻用于ESD防护,所以应该放置在最靠近接口部位,以便在ESD的源头进行防护,后面才安放共模扼流器和磁珠。


未来的展望


今年上半年,各大手机厂商陆续发布旗舰手机,在华为,小米,魅族,乐视,中兴等发布的手机上都已经配置了Type-C接口,未来市场份额还将进一步扩大。深圳顺络电子股份有限公司的EMC设计有效滤除噪音,同事要兼顾信号的完整性和特性阻抗。其过压防护方案在保证数据传输及时性同时达到ESD防护的目的。适用于各大手机厂商USB Type-C方案。



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