Jednym z gorących tematów, jeśli chodzi o technologie związane z interfejsami, jest pojawienie się nowego standardu złącza interfejsu USB, a mianowicie złącza typu C. Zyskuje ono ogromną popularność z uwagi na swoją odwracalność, wyższą prędkość przesyłu danych, możliwość dostarczania znacznej mocy, a także możliwość implementacji kolejnych, nowych protokołów. Istnieje ogromne zainteresowanie tym nowym standardem, będącym po prostu inną implementacją złącza typu A. Podczas implementowania portu USB w hoście konieczne jest pamiętanie o dwóch zagadnieniach związanych z ochroną portu - ochrona nadprądowa i zabezpieczenie przed wyładowaniami elekrostatycznymi (ESD).
Zabezpieczenie nadprądowe
Sekcja 7.2.1.2.1 specyfikacji interfejsu USB 2.0 mówi, że "Wszystkie hosty i układy z własnym zasilaniem muszą posiadać wbudowane zabezpieczenie nadprądowe z przyczyn bezpieczeństwa". Można zrealizować to poprzez wbudowanie do urządzenia bezpiecznika lub przełącznika nadprądowego. Preferowane jest użycie tego drugiego, ponieważ umożliwia to ustawienie niższego ograniczenia poboru prądu - bezpiecznik wymaga dużego wzrostu prądu ponad poziom ograniczenia, a zabezpieczenie półprzewodnikowe odcina prąd natychmiast - precyzyjnie przy przekroczeniu zaprogramowanego poziomu. Ponieważ zabezpieczenie półprzewodnikowe precyzyjniej dokonuje pomiaru i odcięcia przepływu prądu, możliwe jest wybranie mniejszego konwertera DC/DC i mniejszej wartości zintegrowanej z nim indukcyjności. Ponadto zastosowanie takiego elementu pozwala zmniejszyć spadek Vdroop w linii 5V napięcia Vbus na linii USB podczas przepięć itp, w porównaniu do zastosowania klasycznego bezpiecznika.
Zabezpieczenie ESD
Podczas projektowania portu USB koniecznie świadomym trzeba być ryzyka wyładowań elektrostatycznych i w związku z tym wprowadzić odpowiednie metody ochrony przed ESD zapobiegające uszkodzeniu układu. Na przykład: kontroler i transceiver USB muszą radzić sobie z wyładowaniami, często ocenianymi w tak zwanym modelu ludzkiego ciała (HBM). Jest to najstarszy i najczęściej spotykany standard oceniania podatności układów na ESD. HMB pozwala na specyfikowanie odporności układów scalonych na ESD. Detale testowania dla mocniejszych wyładowań ESD opisane są w normie stworzonej przez Międzynarodowy Komitet Elektrotechniczny (IES) numer 61000-4-2. Porównanie tej normy i HBM pokazano na rysunku pierwszym. Dla zabezpieczania całych systemów warto wykorzystać bardziej niezawodne standardy normy IEC 61000-4-2 wraz z odpowiednio dobranymi transilami.
W aplikacji USB 2.0 zabezpieczanie systemu przed wyładowaniami ESD obejmować powinno linię zasilnia oraz obie linie danych. Linia zasilania wymaga zastosowania kondensatora o dużej pojemności, co pozwoli na złagodzenie nagłych zmian napięcia podczas podłączania i odłączania. Dzięki tak dużej pojemności układ bez problemu zdaje testy zdefiniowane w normie IEC 61000-4-2. Jednakże linie danych wymagają innego podejścia - pracując przy prędkości transmisji na poziomie 480 Mbps, nie jest możliwe wprowadzenie do linii dużej pojemności. Potrzebne są transile o niskiej pojemności do zabezpieczenia linii danych, tak aby utrzymać integralność transmitowanych danych.
Kompletne rozwiązanie
Tradycyjnym rozwiązaniem jest zastosowanie wielu układów, pozwalających na zgodną z normami ochronę hosta USB: półprzewodnikowego zabezpieczenia nadprądowego dla linii zasilania, oraz odpowiednich zabezpieczeń ESD dla linii danych. Układ TPD3S014 jest układem scalonym, który integruje w sobie wszystkie te funkcje - posiada wbudowane zabezpieczenie nadprądowe oraz zabezpieczenie dla dwóch linii danych. Na rysunku drugim zaprezentowano przykładową implementację tego rodzaju układu. Układy TPD3S014 oraz TPD3S044 zapewniają zabezpieczenie prądowe na poziomie, odpowiednio 0,5 A i 1,5 A i produkowane są w miniaturowych obudowach DBV o wymiarach 2,9 mm na 2,8 mm.
Układ zapewnia zabezpieczenie nadprądowe, opracowane w zgodzie z Underwriters Laboratories (numer elementu UL2367). Układ zapewnia także zabezpieczenie przed ESD zgodne z normą IEC 61000-4-2 na poziomie 4. Zastosowanie tego rodzaju układu znacznie upraszcza projektowanie systemu oraz zmniejsza wielkość zajętej przez interfejs USB powierzchni na płytce drukowanej (PCB) przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej ochrony portu USB.
Rys.2. Uproszczony schemat kompletnego rozwiązania portu USB hosta z wbudowanym zabezpieczeniem ESD.
Źródło:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...rts-with-esd-current-limit-protection-devices
Zabezpieczenie nadprądowe
Sekcja 7.2.1.2.1 specyfikacji interfejsu USB 2.0 mówi, że "Wszystkie hosty i układy z własnym zasilaniem muszą posiadać wbudowane zabezpieczenie nadprądowe z przyczyn bezpieczeństwa". Można zrealizować to poprzez wbudowanie do urządzenia bezpiecznika lub przełącznika nadprądowego. Preferowane jest użycie tego drugiego, ponieważ umożliwia to ustawienie niższego ograniczenia poboru prądu - bezpiecznik wymaga dużego wzrostu prądu ponad poziom ograniczenia, a zabezpieczenie półprzewodnikowe odcina prąd natychmiast - precyzyjnie przy przekroczeniu zaprogramowanego poziomu. Ponieważ zabezpieczenie półprzewodnikowe precyzyjniej dokonuje pomiaru i odcięcia przepływu prądu, możliwe jest wybranie mniejszego konwertera DC/DC i mniejszej wartości zintegrowanej z nim indukcyjności. Ponadto zastosowanie takiego elementu pozwala zmniejszyć spadek Vdroop w linii 5V napięcia Vbus na linii USB podczas przepięć itp, w porównaniu do zastosowania klasycznego bezpiecznika.
Zabezpieczenie ESD
Podczas projektowania portu USB koniecznie świadomym trzeba być ryzyka wyładowań elektrostatycznych i w związku z tym wprowadzić odpowiednie metody ochrony przed ESD zapobiegające uszkodzeniu układu. Na przykład: kontroler i transceiver USB muszą radzić sobie z wyładowaniami, często ocenianymi w tak zwanym modelu ludzkiego ciała (HBM). Jest to najstarszy i najczęściej spotykany standard oceniania podatności układów na ESD. HMB pozwala na specyfikowanie odporności układów scalonych na ESD. Detale testowania dla mocniejszych wyładowań ESD opisane są w normie stworzonej przez Międzynarodowy Komitet Elektrotechniczny (IES) numer 61000-4-2. Porównanie tej normy i HBM pokazano na rysunku pierwszym. Dla zabezpieczania całych systemów warto wykorzystać bardziej niezawodne standardy normy IEC 61000-4-2 wraz z odpowiednio dobranymi transilami.
W aplikacji USB 2.0 zabezpieczanie systemu przed wyładowaniami ESD obejmować powinno linię zasilnia oraz obie linie danych. Linia zasilania wymaga zastosowania kondensatora o dużej pojemności, co pozwoli na złagodzenie nagłych zmian napięcia podczas podłączania i odłączania. Dzięki tak dużej pojemności układ bez problemu zdaje testy zdefiniowane w normie IEC 61000-4-2. Jednakże linie danych wymagają innego podejścia - pracując przy prędkości transmisji na poziomie 480 Mbps, nie jest możliwe wprowadzenie do linii dużej pojemności. Potrzebne są transile o niskiej pojemności do zabezpieczenia linii danych, tak aby utrzymać integralność transmitowanych danych.
Kompletne rozwiązanie
Tradycyjnym rozwiązaniem jest zastosowanie wielu układów, pozwalających na zgodną z normami ochronę hosta USB: półprzewodnikowego zabezpieczenia nadprądowego dla linii zasilania, oraz odpowiednich zabezpieczeń ESD dla linii danych. Układ TPD3S014 jest układem scalonym, który integruje w sobie wszystkie te funkcje - posiada wbudowane zabezpieczenie nadprądowe oraz zabezpieczenie dla dwóch linii danych. Na rysunku drugim zaprezentowano przykładową implementację tego rodzaju układu. Układy TPD3S014 oraz TPD3S044 zapewniają zabezpieczenie prądowe na poziomie, odpowiednio 0,5 A i 1,5 A i produkowane są w miniaturowych obudowach DBV o wymiarach 2,9 mm na 2,8 mm.
Układ zapewnia zabezpieczenie nadprądowe, opracowane w zgodzie z Underwriters Laboratories (numer elementu UL2367). Układ zapewnia także zabezpieczenie przed ESD zgodne z normą IEC 61000-4-2 na poziomie 4. Zastosowanie tego rodzaju układu znacznie upraszcza projektowanie systemu oraz zmniejsza wielkość zajętej przez interfejs USB powierzchni na płytce drukowanej (PCB) przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej ochrony portu USB.
Rys.2. Uproszczony schemat kompletnego rozwiązania portu USB hosta z wbudowanym zabezpieczeniem ESD.
Źródło:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...rts-with-esd-current-limit-protection-devices
Fajne? Ranking DIY
