浅谈USB,3.0的电路保护方案
中心议题：
- USB 3.0的电路保护方案
解决方案：
- USB 3.0的过流保护方案
- USB 3.0电源端口的过压保护方案
- USB 3.0的ESD保护方案
最新USB 3.0协议(或“SuperSpeed USB”)被开发用于提供更高的数据传输速率，并通过支持每个端口上的更高电流水平提高供电能力。它包含新的电源管理功能，以及可向后兼容USB 2.0设备的新电缆和连接器。最显著的变化是，4条附加的铜数据线被平行地增加到现有的USB 2.0总线中(如图1所示)。这些附加的铜数据线被用来传输超高速数据，但也会传输ESD(静电放电)和其它有害的瞬态电压。
图1：修订后的USB 3.0协议增加了一条双单工数据通道。
USB 3.0增加的电流和供电能力意味着需要新的电路保护方案。经过改进的电路保护方法可以帮助保护USB 3.0应用免受过流、过压及ESD瞬态电压带来的损害。
USB 3.0的过流保护
USB 3.0通过两个部件提供电源：一个标准的主机(A型连接器)以及一种新型供电设备(Powered-B连接器)。最新SuperSpeed规范提高了可供给USB设备的电流总量(从0.5A提高到0.9A)。新的Powered-B连接器允许一个USB设备以高达1.0A的电流给另一设备充电。由于过流状态会影响电源总线，所有的电源(如主机、集线器和Powered-B设备)都必须提供过流保护。过流保护也是UL60950标准所要求的。
与USB 2.0类似，所有类型的USB 3.0主机必须提供电源。USB 3.0的单个单元负载重定义为150mA，比USB 2.0的100mA略有增加。现在，一个USB 3.0主机必须能够每端口支持多达6个单元(900mA)。此外，USB 3.0集线器可能不再需要总线供电了。所有USB 3.0集线器现在必须每个端口都能够支持900mA的电流。
此外，支持USB充电和USB 3.0的系统需要能承受更高电流的过流保护器件。USB充电器规范采用与USB 2.0相同的引脚配置，但允许更高的电流(每端口高达1.5A)。
最后，USB 3.0定义了一种新的Powered-B连接器，其主要的好处是更好的便携性。Powered-B连接器允许去除USB电缆和额外的电源。使用Powered-B连接器的USB设备现在可为另一USB设备供电。通过提供两个额外的接插口，新的连接器可使一个电源(带有Powered-B连接器插座)能向另一设备(带B型供电连接器插头)提供高达1000mA的电流。例如，一台打印机可给一台无线适配器供电，从而无需一条有线USB连接。
在所有这些应用中，高分子聚合物正温度系数器件(PPTC)为USB过流保护提供了最具性价比的解决方案。PPTC器件可用于USB 3.0主机应用、USB 3.0集线器应用、USB充电器应用，以及USB 3.0 Powered-B连接器应用中的电流限流保护。在USB电源的VBUS端口安装的PPTC PolySwitch器件可在短路时限流，防止因下游电路突然短路造成的过流损坏，并有助于实现UL60950标准。
USB电源端口上的过压保护
尽管USB定义了电源总线，但这并没有消除与过压相关的风险。过压事件可由一系列失效条件导致，包括用户错误、稳压很差的第三方电源、热拔出事件和电感瞬变等。接口和充电系统也会产生负电压，这会导致未受保护的外部设备受损。尽管USB 2.0 电源的标称误差为5V±5%，但许多采用USB 2.0接口的大规模系统仍被设计成可承受16V甚至28V电压(连续)。
由于USB 3.0提高了正常工作电流及其上限，因此，针对传统0.5A 端口设计的过压保护器件可能就不太适合用于保护新的每端口0.9A的USB 3.0接口。当一个0.9A主机拔出时，高压感应尖峰就会产生，它可能会损坏总线上的其它设备。一个设计良好的总线将能吸收这些尖峰电压，从而保护设备免受尖峰电压的损害。
泰科电子的内部测试显示，热插拔引起的瞬态电压尽管非常短暂，但电压值可超过16～24V。内部测试还发现，开路电压大幅超过USB规范要求(5V±5%)的第三方充电器，可能对敏感的电子设备构成威胁。将过压保护器件(如PolyZen聚合物保护齐纳二极管器件)放置在所有USB供电设备的电源输入端(特别是在VBUS端口)，有助于保护设备免遭过压事件造成的损坏。
