USB 是一種四線接口，用于將上游主機/充電器連接到下游設備（圖 1）。VBUS （+5 VDC） 和 GND （0V） 是電源引腳，而 D+ 和 D- 用于差分或單端數據傳輸。數據被組織成數據幀或數據包。每個幀都可以包含用于時鐘同步、數據類型標識符、設備地址、數據有效負載和數據包結束序列的位。使用一系列不同外形尺寸的連接器以 1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）或 480Mbps（高速）的速度進行數據傳輸。A、B、mini-B 和 micro-B 型是最常見的連接器類型。

圖 1. USB 接口框圖。

傳統 USB 保護選項的效果如何？

USB 數據結構的控制由串行接口引擎 （SIE） 在電纜的每一端處理。這種專用控制器或較大控制器的子集通常包括處理 USB 協議的 USB 收發器硬件。當外圍設備首次連接到電纜時，SIE 會向主機提供配置信息和電源要求。在操作過程中，SIE 根據所需的傳輸速度格式化所有數據，并提供錯誤檢查和故障處理。SIE 處理總線流控制以及根據需要啟用或禁用線路驅動器和接收器。主機啟動所有事務，然后遵循主機和外圍設備之間的一系列數據交換。這包括有關數據何時損壞或可能發生的其他故障的規定。

USB 數據通道保護的通用 IC 解決方案使用工藝隔離技術來確保高壓設備和低壓設備之間不存在電流路徑。這涉及在控制器之間的位置使用隔離 IC（圖 2）。

圖 2. USB 控制器之間的隔離。

雖然這確保了 USB 端口可以繼續正常運行，即使暴露在高達 5kV 的電壓下，這種方法也只允許高達 12Mbps 的數據傳輸速率。

一些 IC 解決方案的局限性在于它們僅提供上游保護（即，主機端受到保護，但下游設備不受保護）。此外，一些隔離 IC 保護數據傳輸引腳 （D+/D） 但不保護電源引腳 （VBUS/GND）。可以使用分立元件構建更小的定制 USB 保護電路。但是，由于需要許多組件，因此該解決方案非常復雜，同時仍僅允許以 12Mbps 的速度傳輸數據。

顯然，這些都不是您問題的理想解決方案。

無需隔離即可實現您所需的保護

幸運的是，我們可以為商業和工業設備提供 USB 端口保護的替代集成解決方案，如圖 3所示。

圖 3. MAX22505 USB 保護解決方案。

MAX22505 USB保護解決方案保護USB端口免受故障影響，同時允許高達480Mbps的數據傳輸速率。如果暴露在工業和商業環境中通常遇到的電壓水平（±24V AC 或 ±40V DC）下，該器件可確保 USB 端口得到充分保護。在導致 USB 端口與高壓接觸的接線故障的情況下，該 IC 通過有效地“開路”與端口的連接做出響應，從而保護上游主機和任何連接的下游設備。在故障解決之前，不能進行數據傳輸。另一個好處是節省電路板空間。該解決方案只需要 120mm 2的面積，表示節省 20% 到 50%（與其他解決方案相比）。此外，所有 USB 端口引腳在發生故障時都受到保護（電源為 ±50V DC，數據為 ±40.7V），無需配置。您可以通過評估套件評估 IC。MAX22505EVKIT具有一個高功率外設部分、一個低功耗外設部分和一個大功率主機部分，每個部分都展示了 USB 總線對 USB 線路上過壓條件的保護。

審核編輯：郭婷