USB PD快速充電標準的ESD EOS保護方案

Universal Serial Bus，通常稱為USB，是一種定義計算機和外圍設備之間的通信、電源和連接器的行業標準。常見的標準是USB 2.0和USB 3.x，不僅傳輸速率從1.5Mbps提升到40Gbps，而且適用的連接器類型也不一樣，如USB Type-A和USB Type-C。隨著歐盟法規要求，USB Type-C已經成為歐盟眾多電子設備的標準接口，推動了C口的普及。通過USB Type-C除了讀寫文件資料，還能支持DisplayPort、HMDI等視頻信號傳輸，并支持USB Power Delivery（USB-PD），從而提升USB的電源輸出功率。PD 3.1協議規范了充電協議充電功率高達240W，被稱為EPR（Extended Power Range擴展功率范圍），是PD3.0最大100W功率的兩倍。

USB-IF組織發布了USB4 V2標準規范（也被稱為USB 80Gbps），還未被成功投入商用，不過已有廠商透露開始流片，預計25年布。USB 2.0和USB 3.x標準中，VBUS上的最大輸出電壓為5V，設備可以支持的最大功率是15W。USB Power Delivery（USB-PD）標準允許通過兼容的USB電纜向系統提供更多功率（最高支持240 W）。VBUS電壓可以隨需要提供的電源而變化。常見的電壓有5V、9V、15V和20V（PD 3.1支持28V、36V和48V）。

USB type-C接口的亮點是設計更薄、傳輸速度更快、功率傳輸更強，能夠提供高速數據傳輸和快速高效的充電體驗。事實上，USB Power Delivery（PD）已成為智能手機和筆記本電腦市場幾乎通用的充電標準；下圖是USB Type-C連接器的引腳配置，它具有24針的金屬接口，允許在單根電纜上同時傳輸數據和供電，接口集成化程度越高，對于EMC處理難度越大；研發評估ESD EOS解決方案時，對不同的電壓或數據速率進行了匹配（例如：數據、音頻、40 Gbit/s超高速信號）。

USB Type-C不但包含了USB標準中提到的引腳（如D+/D-和TX/RX），而且還有其他特定于USB Type-C的引腳：CC1/CC2和SBU1/SBU2。CC pin是通道配置引腳，用于檢測電纜輸出電壓和配置電流。SBU引腳也可用于音頻傳輸功能（例如DisplayPort、HDMI和Thunderbolt）。

揚杰科技ESD EOS保護方案介紹

揚杰科技擁有完整的ESD EOS保護方案，能夠安全保護USB Type-C的每個引腳不受瞬態脈沖干擾。為了滿足EMC測試，建議在設計規則允許的情況下，盡可能將ESD二極管靠近連接器，當遭受瞬態脈沖干擾時以達到快速泄放的目的。ESD方案介紹：ESDULC5V0LZBS用于保護TX/RX線，產品特性是Cj值僅0.15pF保證全速40Gbps信號完整性；ESDSLC3V3LT用于保護D+和D-線，DFN1006-6L封裝2CH更能優化器件使用數量；ESDSLC5V0LBA用于保護CC引腳和SBU，產品特性具有更高的IPP能力。

與所有電源線一樣，VBUS必須考慮如何防止EOS問題。例如，當電纜帶電拔出時發生EOS脈沖電壓瞬間抬升，從而威脅到后級IC電路。在系統應用中使用ESD器件，需要考慮的關鍵參數是箝位電壓（Vcl），要求ESD器件箝位電壓低于系統的最大耐受電壓。針對VBUS設計要求，我們也推出支持PD3.0 power 5V~48V防浪涌器件，不同封裝的IPP能力不一樣，只需按客戶要求選用即可。

防止對VBUS的短路是一個值得關注的問題。在對VBUS短路的情況下，CC和SBU引腳由于靠近VBUS，很容易導致VBUS電壓灌入信號。下圖顯示了VBUS短路事件的原因（例如不正確地移除連接器）。USB-PD的電壓在5V到48V的范圍內。這需要CC、SBU和VBUS引腳上的保護二極管具更高的Vtirgger電壓，保證短接時ESD器件不會損壞。

綜上所述，在TPYE-C應用場景普及率越來越高，再加上未來執行PD3.1高功率快充標準，所以在電子產品的設計當中了，除了考慮ESD對設備帶來的不良，還要考慮插拔瞬間產生的浪涌脈沖對設備的影響；揚杰科技針對不同電壓標準應用推薦不同方案類型，以最大限度減少EOS對產品造成損壞，28V~48V power應用產品持續更新中，敬請關注。