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優(yōu)化您的汽車USB防電池短路設(shè)計(jì)——第2部分

本文作者：German Aguirre 點(diǎn)擊： 2016-10-26 11:02

前言：

隨著C型USB連接器成為消費(fèi)者領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，USB正在進(jìn)入汽車信息娛樂系統(tǒng)等更多解決方案。設(shè)計(jì)最高的可靠性時(shí)，車中處在不同位置的USB端口擴(kuò)展帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。因?yàn)榫哂腥绶离姵囟搪贰⒍搪泛挽o電放電（ESD）條件故障，汽車的USB應(yīng)用呈現(xiàn)其他市場(chǎng)不存在的使用案例。由于電源流經(jīng)主車輛電池，它們受到預(yù)期操作期間產(chǎn)生的高電壓和電流峰值影響。此外，從處理器、USB集線器、充電控制器和負(fù)載開關(guān)連接到VBUS和數(shù)據(jù)線上的下游電路需要防止電池短路事件。

為了防止USB電池短路，當(dāng)USB接口端的電壓高于過壓閾值時(shí)，過電壓保護(hù)電路必須用來(lái)斷開系統(tǒng)電源。過電壓的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）應(yīng)具有快速響應(yīng)時(shí)間以盡快斷開系統(tǒng)電源，保護(hù)上游片上系統(tǒng)（SoC）免受有害電壓和電流尖峰的影響。此外，USB 2.0規(guī)范要求使用過電流檢測(cè)電路以自動(dòng)限制過電流事件中的電流。內(nèi)部開關(guān)可防止過量電池?fù)p壞上游設(shè)備，保持5V電軌穩(wěn)定，并合理隔離故障。

在兩部分系列的第1部分中；我解釋了保護(hù)USB電路出現(xiàn)電池短路故障的最佳途徑。在這篇博文中，我將延伸說(shuō)明優(yōu)化您的汽車USB防電池短路設(shè)計(jì)的最佳途徑。

由于汽車制造商可能在整個(gè)項(xiàng)目過程中改變整體輸出電流要求，具有可調(diào)電流限制的保護(hù)解決方案可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更多靈活性；允許他們輕松地調(diào)節(jié)USB端口的輸出電流，而無(wú)需限定一個(gè)新設(shè)備。若您需要保護(hù)靈敏電子出現(xiàn)電池短路事件，并同時(shí)支持高達(dá)2.4A的電流，你可能需要一個(gè)靈活的防電池短路芯片。

TPD3S716-Q1可為USB電池充電1.2（BC1.2）、C型USB 5V / 1.5 A和專用的高達(dá)2.4A的充電外設(shè)進(jìn)行充電。汽車USB 2.0接口保護(hù)裝置是用防電池短路、短路和ESD保護(hù)的單芯片解決方案，具有一個(gè)可調(diào)節(jié)的限流負(fù)載開關(guān)。過電流保護(hù)的電流閾值可通過IADJ引腳上的一個(gè)接地（GND）外部電阻RADJ進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖1所示。

圖1：用于TPD3S716-Q1的典型應(yīng)用配置

USB 一鍵拷貝（OTG）是普遍用于汽車環(huán)境中的另一個(gè)規(guī)范，因?yàn)樗筓SB設(shè)備可在主機(jī)和客戶端的角色之間切換。此功能對(duì)于USB高速應(yīng)用至關(guān)重要，其中，必須使得機(jī)頭單元成為移動(dòng)媒體體驗(yàn)延伸。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，機(jī)頭單元必須能夠相應(yīng)地在USB設(shè)備模式工作。

TPD3S716-Q1具有兩個(gè)啟動(dòng)輸入，可通/斷設(shè)備的內(nèi)部FET。VEN引腳可禁用并啟用VBUS路徑，而DEN引腳禁用并啟用數(shù)據(jù)路徑。VBUS和數(shù)據(jù)路徑的獨(dú)立控制允許您為USB主機(jī)和客戶端/OTG模式配置此設(shè)備，如表1所示。

模式			V_BUS路徑	數(shù)據(jù)路徑
USB主機(jī)	0	0	通	通
僅電源	0	1	通	斷
USB客戶端/OTG	1	0	斷	通
禁用	1	1	斷	斷

表1：用于TPD3S716-Q1的設(shè)備正常操作模式表

容易通路且封裝足夠小以匹配USB連接器的尺寸范圍是USB高速保護(hù)解決方案的一個(gè)重要考慮因素，旨在便于布局并保持信號(hào)完整性。流通引腳映射使得信號(hào)路徑通過封裝直通，如圖2所示。

圖2：TPD3S716-Q1的典型布局示例

設(shè)計(jì)防止USB電池短路時(shí)，可以考慮使用具有可調(diào)電流限制、OTG /客戶端模式和流通過路由的解決方案。這樣做可讓您使用當(dāng)前未在其它防電池短路解決方案中出現(xiàn)的附加功能。

其他信息
• 閱讀我的如何保護(hù)汽車USB出現(xiàn)電池短路故障的其它博文。
• 查看具有電池短路保護(hù)功能的雙端口汽車類 USB 2.0 集線器參考設(shè)計(jì)。
• 閱讀白皮書，“在汽車環(huán)境下設(shè)計(jì)防電池短路公差的USB。”
• 通過TPD3S714-Q1評(píng)估模塊評(píng)估您的汽車USB 2.0防電池短路保護(hù)設(shè)計(jì)。

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