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USB3.0作為新一代的USB接口，特點是傳輸速率非常快，理論上可達到5Gbps，比常見的USB 2.0（480Mbps High Speed USB）快近10倍。外形和普通的的USB接口基本一致，能兼容USB2.0和USB1.1設備。由下圖1：USB3.0線纜結構圖可以發現，從USB2.0到USB3.0最重要的物理變化就是稱為SSRX+ / SSRX-和SSTX+ / SSTX-的兩個差分數據的引進，并且他們保持著和現有的D-/ D+數據總線并列運行。這就允許了數據全雙工同時傳輸，而USB2.0總線只能進行單個雙工傳輸。 圖1：USB3.0線纜結構圖 USB3.0過電流保護 從新的USB3.0規范可以發現，其要求接口支持的電流能力已經從500mA提升到了900mA。如此高的電流很容易造成外界電子設備的損壞。因此，新的USB3.0電路的過電流保護能力也必須隨之做出相應的提升以滿足應用之需求。查看USB3.0相關規范，其中已有明確要求使用限電流組件作為電源端之過電流保護，TE的高分子聚合物正溫度系數熱敏電阻(PPTC)恰為USB端口過電流保護提供了最具性價比的解決方案。其典型應用電路如下圖2所示，在USB電源總線上添加的TE/PPTC器件可以在短路的情況下限制電流，并能防止由于突然的短路引起的過電流損壞。同時PPTC也可以幫助實現UL60950-1標準中關于有限電源的規定。 圖2 下面就PPTC在USB3.0應用中的選型展開探討如下： 選擇PPTC為作為USB3.0端口保護時，通常需要從如下幾個關鍵參數考慮： (1) 端口最大電流(USB2.0 為0.5A/USB3.0為0.9A); (2) PPTC工作位置的環境溫度; (3) PPTC動作響應時間要求. 以獨立端口USB3.0過電流保護為例：根據上面第1點和第2點，假設USB3.0的極限最高工作溫度為60度，則PPTC 選擇時的主要考慮指標Ihold電流至少在高溫60度大于等于0.9A，根據下圖3/表S2：TE貼片類PPTC產品溫度折減表，可以查得miniSMDC125F在60度條件下的保持電流剛好0.9A，但考慮電路設計需要留有一定余量，因此PPTC規格至少需選到常溫1.5A，即miniSMDC150F是一個不錯的選擇。否則，PPTC有可能會因電流能力不夠，提前觸發導致電路工作異常。 圖3：TE貼片類PPTC產品溫度折減表 再來看下兩端口組的應用情況，可以把兩個端口(總輸出1.8A)聯系在一起，使用一個PPTC保護兩個端口，選型考量同單獨端口情況，則產品型號miniSMDC260F是一個不錯的選擇，其在60℃條件下的Ihold電流能力為2A。 再根據第3點之要求，參照下圖4/S3：TE貼片類PPTC產品參數特性表，所選型號可滿足在8A電流通過時動作時間小于5秒。考慮到實際發生短路故障觸發時的電流更更高，則PPTC的響應時間會隨之變短。正好可以符合UL60950 -1有限電源規范規定。 圖4：TE貼片類PPTC產品參數特性表 USB3.0 過電壓保護 通常過壓事件是由一系列失效條件引發，如操作不當、使用不正規電源、熱插拔等。考慮到USB3.0提高了正常工作電流及其上限，因此針對USB2.0端口設計的過壓保護器件可能就不能滿足于保護新的USB3.0端口。熱插拔過程勢必伴隨著高壓感應尖峰的產生，此尖峰極大可能損壞總線上的其它設備。因此，一個設計良好保護電路必須要能吸收此類尖峰電壓，從而避免設備受尖峰電壓導致的損害。基于TE內部實際測試，熱插拔引起的瞬態電壓盡管非常短暫，但電壓峰值可能高達16～24V。如此高的電壓極大可能造成后級敏感電子設備的損壞。 TE 在電路保護方面擁有著豐富的產品線，其獨有的PolyZen器件，常被用于對USB外圍設備和5V計算機總線上的器件進行過電壓保護。該器件在保護后級敏感電子設備（對耐受電壓要求較高的半導體器件）可起到很好的保護效果。其典型的故障響應曲線如下圖5/圖6所示意，可以發現其Vout始終保持在穩定狀態. 圖5 圖6 PolyZen微組件的一大優點在于,齊納二極管通過熱連接至非線性高分子正溫度系數電阻（PPTC）層。這個PPTC層全面集成到器件中，以串聯的形式電連接在Vin與由二極管鉗制的Vout之間。這個先進的PPTC層通過由低電阻狀態切換為高電阻狀態，從而對較長時間的二極管過熱或者過電流事件做出相應。動作的PPTC會限制電流生成壓降。這就有助于保護齊納二極管及隨后的電子設備，有效地提高了二極管的電源處理能力。 將TE/PolyZen器件放置在如下圖7的USB供電設備的電源輸入端VBUS端口，將特別有助于保護設備免受過壓事件帶來的損壞。 圖7 |
