谁来保护USB Type-C的野心？

 

从性能上看，USB Type-C几乎是“万能”的。在数据传输方面，它支持USB 3.1规范，每个通道的数据带宽可达到10Gbps；同时它也是电子设备的功率传输接口，基于最新的USB-PD协议，经由USB Type-C可传输最高100W的功率；此外，USB Type-C同时支持数据和音视频信号的传输，堪称多面手；最后，在物理结构上USB Type-C支持无方向的正反插，身材也更纤细，让用户体验又上了一个台阶。由此可以看出，USB-IF为这次产品标准的升级做足了准备，其“野心”可见一斑。

 

不过在谈论USB Type-C的种种“美好”之时，其产品可靠性的问题也不容忽视，使用中由于热插拔、短路、ESD、故障设备和用户误操作引发的风险，需要有可靠的电路保护措施来化解。否则，在用户挑剔的眼光中，再宏大的“野心”也不免会碎成一地。

 

图1：USB Type-C的接口功能定义，从结构上实现了无方向正反插

 

通常意义上的电路保护包括过流保护和过压保护。USB Type-C的过流保护有四种不同的设计架构。第一种是直接采用集成了功率开关的PD控制器IC，这种方案的集成度较高，性能也最好，但是成本也比较高。第二种成本比较低的是“PD控制器+电流感应电路”的方案，但性能受限。其他两种“PD控制器+外置功率开关”的方案和 “PD控制器+MOSFET+PTC”的方案成本适中，其中后者是Bourns公司特有的方案，可以实现最佳的性价比，并且在5-20V的电压范围内有多种型号供开发者选择。

图2：四种USB Type-C过流保护方案设计架构

 

USB Type-C的过压保护方面是通过TVS来实现的。由于USB Type-C正反插无方向的结构，其具有上下两组对称的接口，每组包括两组10Gbps高速数据收发通道（SSRX+/SSRX -，SSTX+/SSTX -）、一组兼容以前USB标准的480Mbps数据通道（D+/D-）和一组进行USB-PD协议通信的专用通道（CC+/-），所以需要保护的通道数量也较以往的USB接口更多，这就需要TVS阵列出场了。为此电路保护元器件厂商推出了小型化、高集成的方案。比如Bourns的方案， 利用两个6通道TVS阵CDDFN10-0516P列和一个4 通道TVS阵列CDDFN10-0524P，只需三颗器件就完成了USB Type-C的过压保护。

图3：Bourns公司USB Type-C过压保护方案

 

而随着USB Type-C应用的推广，除了过压和过流保护，新的保护需求也逐渐被发现，比如过温保护。由于USB Type-C的体积小，引脚间距小，又要承载最高100W的功率，所以一旦电缆接口端有异物污染，很容易造成内阻的增加，进而引发过热甚至是烟火危险。所以在线缆端加入过温保护的必要性逐渐被人们所认识，日本的MCPC(Mobile Computing Promotion Consortium)已经有涉及到过温保护的条款，相信未来欧美及中国市场也会跟进。

 

在USB Type-C过温保护方面，一些创新性的产品和方案也正在逐渐进入人们的视野。较早期便涉足Type-C领域的区域代理商世健公司产品经理表示，Bourns公司在过温保护方面经验丰富，其提出的两种解决方案都颇具竞争优势：一种是采用mini-Breaker 控温器件，它是一个可恢复器件，在温度异常（过高）时触发，而在电源被切断或温度回到安全水平时自恢复；另一种采用P-TCO的方案，P-TCO是温度触发的可恢复保险丝，与mini-Breaker相比体积更小，且在成本上也更有竞争力。这两种方案各具特色，可为不同应用需求的开发者提供更多差异化的空间。

图4：采用P-TCO的USB Type-C过温保护实例，红色矩形标注处为P-TCO

 

为了让上述保护方案能够与USB Type-C整体解决方案更紧密地配合，世健针对市场需求研发了一系列完整解决方案，其中包括整合了Cypress 集成PD协议的USB Type-C控制器、MPS高能效电源，以及Bourns ESD电路保护器件为一体的完整方案。该方案可以让开发者获得一份高性价比的BOM清单，也让产品开发更为便捷。世健公司进一步介绍说，根据客户的反馈，这一集成了业界领先芯片的方案具有非常出色的稳定性和可靠性，可以广泛用于Type-C Dongle、电源适配器、专用eMark电缆等产品中，特别是在中高端产品中有很强的竞争力。

 

总之，随着USB Type-C商用进程的加速，其强大的功能会逐渐显现出来，各种创意产品也会层出不穷。用户在享受USB Type-C强大的功能性的同时，也会兼顾可靠性和安全性，这是电路保护器件厂商的一次难得的商机。