【技术大神】选对TVS管防护让Type C更加稳定可靠

2017-02-21 技术大神活动文章
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静电设计在电路中对于系统可靠性非常重要。由于USB3.1、Type-C接口等高速接口的速率高达5Gbps,很多干扰可能导致这些高速信号传输过程中信号丢失,严重导致系统死机、重启,甚至损害设备的情况。Type-C接口作为内部CPU与外部设备的交互,故外部Type-C接口的防护异常重要,起到将干扰源抵挡在外部的作用。


我们在自助服务一体机设计中,主板上的USB口外接一个7口的USB-HUB,此USB-HUB上接打印机、读卡器、二代身份证阅读器、指纹仪、密码键盘、以及触摸屏等USB设备。目前主板USB接口主要采用USB Type-C接口,在过检测的时候需要对端口施加6KV接触,8KV放气放电,因此外挂如此多的设备,常常会出现设备外挂设备不灵的问题,经常死机等问题,作为非常重要的设备,出现这种死机问题令我们头疼,后来LITTELFUSE推荐了SP0201B-ULC-01UTG,经过改版后,问题得到了解决。Type-C应用电路如图1所示。


图1:Type-C应用电路


SP0201B芯片能够抵御静电和浪涌的冲击,能够对数据端口进行双向保护,非常低的节电容,低至0.15pF,能够满足Type-C的要求,能够快速泄放静电和浪涌冲击。该芯片具有5A(8/20us)浪涌防护和30KV的静电防护,是USB3.1和Type-C理想的防护器件。


由于自助服务一体机设计出现死机等故障,我们通过选取SP0201B芯片进行电路防护,而Type-C数据线非常多,需要12个TVS才能对数据线进行防护。恰恰SP0201B为0201的单个封装,布线非常方便,对于布线基本没有什么影响。通过对机器进行改版设计,加入了TVS管后,经过了一系列测试,问题彻底得到了解决,目前已经在现场得到很好的运行效果。里面每根数据线并一颗SP0201的TVS管,Type-C设计电路图2所示。


图2:Type-C设计电路


TVS选取的结电容与信号的频率有一定的关系,射频一般TVS选型需要在1pf以内,如下是各类高速接口速率与TVS选取结电容的的关系,如图3所示。



图3:高速接口速率与节电容关系


综上所述,我们在静电防护选型和设计需要注意如下事项:
1)TVS管选型,需根据供电电压,施加的电压等级,信号速率综合选取一个合适的TVS。如果选取结电容太低或者防护等级高的TVS管,Type-C选取TVS最好在0.5pF以内。


2)在选取TVS管的时候,根据需要选取不同封装的TVS,如果体积要求高的,就选小封装的,如果板子层数少的,选封装的时候就不要选管脚在内的封装等等。


3)在PCB布线的情况下,TVS要靠近Type-C接口,这样干扰进来后可以第一时间得到有效防护。


4)在Type-C布线时需要注意,Type-C属于超高频信号,数据线最好放内层,具有完整的参考地平面。


5)放置SP0201B芯片时,接地越短越好,这样干扰会第一时间得到泄放。


6)Littelfuse TVS能够有效的抵御外部浪涌、静电和EFT等干扰,为Type-C保驾护航。


作者:零点

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