在由兩部分組成係列的第一部分
，我將舉例說明，防止USB電路受到電池短路故障的最佳途徑。在我的下篇博文中，我將擴展優化您的汽車USB防電池短路設計的最佳途徑。

 

當設計USB防電池短路時，始終牢記三個主要方麵：

 

●     保護解決方案的帶寬。

●     鉗位電壓和響應時間的行為。

●     過流和短對地特性。

  

在過去
，不可能找到一個可解決所有三個方麵的USB 2.0防電池短路解決方案
，但TI新型防電池短路保護設備的TPD3S714-Q1係列可以幫助解決這些常見問題。

 

帶寬

 

信號完整性是設計工程師在汽車USB應用中遇到的最大挑戰之一。由於USB 2.0支持高達480Mbpsdeshujuchuanshusulv
，tianjiadaodianxianderenheshaoliangdianrongdouhuiniuquxinhao，bingzaochengshujuchuanshushibai。zhehuirangshejishizaixunzhaojiejuefanganshiderenwubiandefuza，bujinyaofangzhilingmindianzichanpinshoudaogaodianyahedianliujianfengyingxiang
，tongshiyaobaochizuijiadexinhaowanzhengxing。

 

TPD3S714-Q1是單芯片解決方案用於USB連接器的VBUS和數據線的防電池短路
、短路和靜電放電（ESD）。集成的數據交換為最小的信號衰減提供了兩倍高的帶寬，同時提供高達18V的防電池短路保護。圖1是插入損耗圖，突出采用1GHz-3dB帶寬的高速數據交換。

 

圖1：TPD3S714-Q1數據交換差動帶寬

 

您可使用眼圖分析線路電容對帶寬的影響。測量的最小和最大電壓電平以及抖動使得其可能暴露USB數據線傳輸中的任何問題。高1GHz帶寬允許USB 2.0高速應用。高於720MHz帶寬的少量裕量也有助於在汽車USB環境中維持一個常見的帶長係留索的清晰USB 2.0眼圖。圖2為USB 2.0眼圖的一個示例。

 

圖2：TPD3S714-Q1的USB 2.0眼圖

 

鉗位電壓和響應時間

 

盡管選擇保護解決方案時，帶寬是需記住的最重要的特征之一
，但你還必須確保鉗位電壓足夠低
，以保護下遊電路出現任何電池短路或ESD事件。此外，你應設計具有快速關斷時間的過電壓場效應晶體管（FET），以迅速保護上遊片上係統（SoC）免受有害電壓和電流尖峰（SoC）的影響。

 

防電池短路保護在VBUS、D +和D-引腳防止係統內部電路出現任何過壓條件。這些引腳上，TPD3S714-Q1可為熱插拔和DC事件處理高達18V的過電壓。過電壓保護電路提供業內最可靠的防電池短路隔離，幫助提高係統級的保護。圖3所示為短路至18V故障期間其5V鉗位電壓，突出數據通道上200ns的超快響應時間。

 

圖3：TPD3S714-Q1數據轉換短路至18V響應波形

 

過流和短對地

 

選擇一個不良的過電流保護電路會成為產品快速上市的一個障礙。過流事件期間，流經係統側的顯著電流量可能導致上遊5V軌掉電或斷電，並潛在降低或重置多個連接到共享導軌的集成電路（IC）。過電流保護裝置的目的是限製USB端口可汲取的電流量
，如在一個短對地情形。此外，USB 2.0規範要求在任何USB供電設計中使用過電流保護裝置。

 

圖4描述一個短對地事件

，其中係統電壓降到小於200mV，保持共享5V軌的穩定，並恰當隔離故障。TPD3S714-Q1集成了一個精確的高達0.5A的電流限製負荷開關
，過流事件期間自動限流。內部FET開關阻止過量電流流經上遊設備
，防止係統側複位。

 

圖4：TPD3S714-Q1 VBUS短對地響應波形

 

記住——尋找一個USB 2.0防電池短路解決方案時，始終牢記保護設備的帶寬、鉗位電壓和響應時間，以及過流和短對地特性。考慮到這些關鍵領域可讓原始設備製造商（OEM更容易實現目標並縮短上市時間）。

 

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其他信息

 

●     查看具有電池短路保護功能的雙端口汽車類 USB 2.0 集線器參考設計。

●     閱讀白皮書，“在汽車環境為防電池短路公差的USB。”

●     查看視頻，“介紹汽車USB防電池短路的TPD3S714-Q1”。

●     通過TPD3S714-Q1評估模塊評估您的汽車USB 2.0防電池短路保護設計。

 

 

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