Новости

Sep 12, 2023

Целостность сигнала TDK TVS для USB4® и Thunderbolt® 4

Периферийные устройства, использующие USB, широко используются, и их разъемы можно

Периферийные устройства, использующие USB, широко используются, а их разъемы могут подвергаться воздействию электростатического разряда (ESD). Это может привести к повреждению чувствительных электронных схем портативных устройств. Стандартный подход к этой проблеме заключается в добавлении внутрь компонентов защиты, которые подавляют более высокие и потенциально опасные уровни напряжения ниже пороговых уровней микросхем, перенаправляя сверхтоки от чувствительных микросхем и поглощая подаваемую энергию. Эти защитные устройства должны быть невидимы для схемы во время нормальной работы и не должны ухудшать сигнал связи на защищаемых линиях. В отличие от USB 2.0 и последующих поколений до USB 3.2, которые присутствуют на рынке уже долгое время и разрабатываются отдельно от других протоколов, USB4® и Thunderbolt 3 соответствуют одной и той же «Спецификации испытаний на электрическое соответствие USB4». С точки зрения частоты сигнала сигналы Thunderbolt 3 и Thunderbolt 4 одинаковы. Таким образом, решение по защите от электростатического разряда остается таким же. На практике это означает, что решения по защите от ЭСР, разработанные для одного из этих протоколов, могут использоваться и для другого, поскольку частота, используемая в линии связи, одинакова.

Форум разработчиков USB4 (USB-IF) работал над новейшим протоколом с целью предложить функции отображения, данных и загрузки/хранения через один разъем USB4 Type-C®, сохраняя при этом совместимость с существующей экосистемой USB, включая совместимость с продуктами Thunderbolt® через разъем USB4 Type-C, который также поддерживает системы Thunderbolt 4 (TBT4) в альтернативном режиме [ссылка: www.usb.org]. Этот разъем получил широкое распространение благодаря тому, что он является обратимым вставным, что было достигнуто путем создания зеркальных контактов на обеих сторонах разъема. Эти контакты должны быть подключены с соответствующей защитой от электростатического разряда, поскольку они могут легко подвергаться воздействию электростатического разряда при повседневном использовании.

На рисунке ниже показано расположение 24 контактов, используемых в разъеме USB-C. Лучше всего размещать защиту от электростатического разряда как можно ближе к источнику переходного процесса, т. е. к разъему. Это означает, что необходимы миниатюрные устройства подавления перенапряжения, которые не занимают много места и при этом обеспечивают достаточную защиту. Из 24 контактов разъема, изображенных ниже, четыре используются для заземления и не требуют защиты. Интерфейс розетки [ссылка: www.usb.org]

Благодаря двусторонней конструкции штекера USB Type-C и дублированию контактов D+ и D- по бокам подключаются 18 контактов. D-/D+ — это контакты, используемые для подключения дифференциальной пары USB 2.0 + и –. Поэтому достаточно, чтобы сторона розетки поддерживала оба контакта дифференциальной пары USB 2.0 (расположенные выше и в нижнем ряду), а ориентация штекера определяет, какая пара будет активной.

GND – отмечен как «Земля», все контакты заземления подключены к печатной плате. Выводы Tx и Rx используются для высокоскоростной передачи данных, и защиту таких выводов необходимо выбирать тщательно, учитывая целостность сигнала на этих линиях.

VBUS — вывод питания шины, поддерживающий более высокие напряжения и токи, обеспечивает быструю зарядку через эти контакты. Номинальное напряжение на выводах шины до 20 В и ток до 5 А при максимальной мощности 100 Вт.

В дополнение к преимуществам порта USB Type-C, упомянутым ранее, протокол USB PD (Power Delivery) обеспечивает быструю зарядку конечных устройств и большую гибкость для конечного пользователя. Напряжение, указанное для USB PD, составляет до 48 В, и его можно использовать в сочетании с кабелем расширенного диапазона мощности (EPR) [ссылка: «Технические характеристики разъема кабеля USB Type-C», октябрь 2022 г.], как показано ниже:

Примечания 1. В то время как спецификация USB BC 1.2 позволяет спроектировать источник питания для поддержки уровня мощности от 0,5 А до 1,5 А, спецификация USB Type-C требует, чтобы порт источника, поддерживающий USB BC 1.2, был как минимум способен подает ток 1,5 А и объявляет ток USB Type-C при токе 1,5 А в дополнение к поддержке терминирования источника питания USB BC 1.2.