如何對USB Type-C連接器進行ESD保護？

若您是一名設(shè)計師，負責(zé)將系統(tǒng)中的USB端口遷移到最新的USB標(biāo)準(zhǔn)和USB Type-C連接器，那么您可能已考慮過一些事情。

ESD保護

首先，與從外部將連接器暴露給用戶的所有系統(tǒng)一樣，您的系統(tǒng)需具有國際電工委員會（IEC）61000-4-2靜電放電（ESD）保護。您還需要保護比以前的USB Type-A或USB Micro-B連接器更多的信號引腳。24引腳USB Type-C連接器（圖1）需要為兩個差分對（D + / D-）提供ESD保護，用于USB 2.0數(shù)據(jù)；四個差分對用于最高可達20Gbps（TX / RX）的超高速數(shù)據(jù)總線、邊帶使用（SBU）引腳和兩個配置通道（CC）引腳，用于檢測電纜方向。

圖1：全功能的USB Type-C插件引腳排列

過壓保護

其次，隨著高達100 W USB電源輸出（PD）的引入，VBUS引腳現(xiàn)在可承載高達20V的電壓電平。若VBUS短路到相鄰的CC，可能對下游USB Type-C控制器或SBU引腳造成嚴(yán)重損壞。為防止硬件系統(tǒng)故障，除ESD保護之外，連接器還需要過電壓保護。聽起來很簡單，是嗎？

考慮到過壓保護（OVP）事件的風(fēng)險，ESD二極管本身也必須能夠承受20VDC。目前許多較高耐壓保護選項在電壓過高時鉗位，在IEC ESD觸發(fā)事件中保護下游控制器?，F(xiàn)在考慮當(dāng)電纜存在于連接器處（或當(dāng)電纜不存在）時，短路到VBUS事件中對系統(tǒng)的影響。當(dāng)電纜引起可能超過40V的振鈴時，解決方案必須保護系統(tǒng)。簡而言之，堅固的USB Type-C連接器保護不僅需要標(biāo)準(zhǔn)ESD二極管，而且需要具有更高電壓、直流耐受的瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管。

需要在OVP和IEC ESD保護的連接器進行系統(tǒng)保護，但是一個完整的USB Type-C端口保護解決方案應(yīng)該使您的系統(tǒng)符合新的USB標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格。例如，若您的系統(tǒng)利用USB Type-C的新功能（例如支持超高速通信），則USB Type-C規(guī)范要求CC線路上的VCONN支持為活動電纜供電。要使OVP解決方案在CC線路上運行，必須支持通過5.5VDC電源軌。端口保護還必須具有低導(dǎo)通電阻（RON），以確保電源軌上的總壓降不超過USB規(guī)范要求。

若您的系統(tǒng)是電池供電型，依靠Type-C連接器作為電源，則解決方案必須保護CC線路免受過壓狀況，即使在電池電量耗盡的情況下也是如此。

這些及其他復(fù)雜場景得出一個魯棒的解決方案，保護USB Type-C端口不像添加ESD保護二極管和OVP FET那么直接易見。OVP FET需要承受由高壓離散TVS二極管給出的鉗位電壓，這使得FET成本高且體積大，具有較低的RON要求。這使得離散實現(xiàn)變得復(fù)雜且成本昂貴，同時在USB Type-C連接器的緊湊尺寸周圍消耗的占用面積也很大。

最后，若您正在閱讀此文，可自己思考，“我的系統(tǒng)很簡單，因為它不支持更高瓦數(shù)（> 15W）的PD功能，完全符合<15W PD的規(guī)格，”注意已發(fā)現(xiàn)市場上大百分比的USB Type-C電纜和適配器不符合標(biāo)準(zhǔn)，而其他類型可能有故障（圖2）。即使在5V系統(tǒng)中，在與控制器的PD協(xié)商之前，也存在可能發(fā)生高達20V的短路至VBUS的風(fēng)險。就像這樣，系統(tǒng)損壞，您的產(chǎn)品聲譽將會受損。

圖2：常規(guī)和故障型壁式適配器的CC引腳暴露