汽車USB 2.0和5V Type-C解決方案用于充電和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)線保護(hù)

圖4.LT8698S/LT8698S-1 的穩(wěn)健保護(hù)功能。

為汽車環(huán)境提供強(qiáng)大的保護(hù)

汽車環(huán)境存在許多危險(xiǎn)，必須保護(hù)USB主機(jī)免受這些危害。這些危險(xiǎn)包括導(dǎo)致數(shù)據(jù)線暴露于電池電壓或接地的電纜故障，以及USB插座上的大ESD撞擊。圖 4 顯示了如何保護(hù) USB 主機(jī)免受這些危害。

LT8698S 的高清和高清+–引腳可承受高達(dá) 20 V 的電壓直流并阻止高達(dá) 8 kV 的接觸放電和 15 kV 的空氣放電 IEC 61000-4-2 ESD 事件，同時(shí)保護(hù)主機(jī)免受這些惡劣條件的影響。此外，USB5V、輸出/ISP 和總線/ISN 引腳可承受輸出電壓故障，包括高達(dá) 42 V 的直流電壓。在發(fā)生輸出故障時(shí)，閉鎖和自動(dòng)重試功能可精確限制平均輸出電流。

雖然許多 USB 端口控制器 IC 需要在數(shù)據(jù)線上使用外部箝位二極管或電容器來實(shí)現(xiàn) ESD 保護(hù)，這會(huì)增加成本和材料，同時(shí)可能會(huì)降低信號(hào)完整性，但 LT8698S 則不需要。

盡管如前所述，數(shù)據(jù)線開關(guān)能夠承受直流故障和ESD事件，但它們也支持出色的信號(hào)完整性。具體來說，高清和高清的–3 dB帶寬+–引腳為 480 MHz（典型值），經(jīng)過生產(chǎn)測試。圖5顯示了根據(jù)USB 2.0規(guī)范在測試平面2的演示板上測量的高速發(fā)射眼圖。此圖顯示了符合 USB 模板 1、測試平面 2 限制和大量裕量的情況。

圖5.在演示板上測量的高速USB 2.0眼圖。顯示模板 1 要求。

兼容性和支持各種充電器配置文件

此處示例中使用的控制器 IC 與多種 USB 連接器類型和充電器配置文件兼容，如表 1 所示。讓我們看看單個(gè)控制器解決方案如何在USB Type C 5 V、3 A解決方案（15 W）中工作。

圖6顯示了USB 5 V/3 A V的原理圖總線帶電纜壓降補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓器。在該電路中，R森選擇8 mΩ電阻值以支持高達(dá)3 A的電流，SYNC/MODE引腳接地以啟用脈沖跳躍工作模式，從而降低輕負(fù)載電流下的開關(guān)頻率和靜態(tài)電流。

LT8698S還支持USB BC 1.2 DCP模式，該模式可提供高達(dá)1.5 A的充電電流，以實(shí)現(xiàn)高電流充電能力。用作 DCP 端口時(shí)，D 和 D+–行被短接在一起，并且沒有數(shù)據(jù)傳輸。許多便攜式設(shè)備制造商已經(jīng)開發(fā)了專有的充電器協(xié)議。此外，還支持這些供應(yīng)商專有的充電器配置文件和相關(guān)的最大充電電流，例如 2.0 A、2.4 A、2.1 A 和 1.0 A。主機(jī)微控制器可以通過控制三個(gè) SEL 引腳來實(shí)現(xiàn)這些充電器配置文件。

圖7顯示了2.4 A/1.5 A USB充電器的原理圖。在此應(yīng)用中，微控制器利用 LT8698S STATUS 引腳和 IMON 電流監(jiān)視器提供的信息，通過控制 SEL1–3 引腳輸入引腳來選擇所需的充電器配置文件。通過這種方式，微控制器可以優(yōu)化便攜式設(shè)備的充電器配置文件，以便在盡可能高的電流下安全充電。

圖6.5 V、3 A、USB C 型應(yīng)用。

圖7.帶電流監(jiān)視器的 2.4 A/1.5 A 自動(dòng)配置文件檢測充電器。

電磁干擾解決方案

低EMI是汽車電子系統(tǒng)中電源的關(guān)鍵要求，通常預(yù)計(jì)這些電源應(yīng)符合CISPR 25 5類輻射標(biāo)準(zhǔn)。LT8698S采用靜音開關(guān)2技術(shù)設(shè)計(jì)，使USB電源能夠滿足這些嚴(yán)格的汽車EMI標(biāo)準(zhǔn)，而不會(huì)犧牲解決方案的尺寸、效率和穩(wěn)健性。?

靜音開關(guān) 2 架構(gòu)在 LQFN 封裝內(nèi)集成了內(nèi)部旁路電容器，配置為將 EMI 降至最低。旁路電容器的集成簡化了電路板設(shè)計(jì)，減少了整體解決方案的占板面積，同時(shí)最大限度地降低了PCB布局對(duì)EMI性能的影響。LT8698S-1 不包括這些內(nèi)部旁路電容器，但在其他方面與 LT8698S 相同。通過在SYNC/MODE引腳施加高于3.0 V的直流電壓，兩款器件還提供可選的擴(kuò)頻頻率調(diào)制。圖8顯示了LT8698S在典型應(yīng)用條件下的輻射EMI性能。

LT8698S和LT8698S-1可在300 kHz至3 MHz范圍內(nèi)以可編程和可同步的開關(guān)頻率工作。 開關(guān)頻率越高，電感和電容值越小，總解決方案尺寸就越小。圖9顯示，即使在2 MHz的相對(duì)較高的開關(guān)頻率下，這種12 V至5 V USB解決方案也能實(shí)現(xiàn)93%的效率。

圖8.輻射EMI性能（CISPR 25輻射發(fā)射，帶峰值檢測器和5類峰值限制）。

圖9.5 V USB解決方案的效率和功耗曲線。

結(jié)論

USB充電端口是現(xiàn)代車輛信息娛樂系統(tǒng)的重要組成部分，面對(duì)汽車環(huán)境中預(yù)期的實(shí)際危險(xiǎn)事件，必須應(yīng)對(duì)電源、數(shù)據(jù)傳輸支持和魯棒性方面的各種系統(tǒng)挑戰(zhàn)。此處所示的示例使用 LT8698S USB 充電器 IC，可應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。它們支持各種便攜式設(shè)備充電器配置文件，可為 USB Type-C 充電應(yīng)用提供高達(dá) 15 W 的輸出功率。此外，它們還可以保護(hù) USB 主機(jī)免受電纜故障和嚴(yán)重 ESD 事件等潛在危險(xiǎn)條件的影響。LT8698S 在提供這種保護(hù)的同時(shí)，保持了 USB 主機(jī)和便攜式設(shè)備之間高速 USB 數(shù)據(jù)傳輸所需的信號(hào)完整性。最后，靜音開關(guān)2架構(gòu)在不犧牲效率和解決方案尺寸的情況下提供出色的EMI性能。

審核編輯：郭婷