USB端口(通用串行總線)的規(guī)范提供一個(gè)平臺(tái)，允許在一個(gè)主機(jī)上的一個(gè)USB端口支持127個(gè)USB外設(shè)接入。USB也允許在低功耗情況下主機(jī)板遠(yuǎn)程為這些附件供電包括活動(dòng)光源、手機(jī)充電器和便攜式備份驅(qū)動(dòng)器，而不需要它們自己的電源。USB 1.1接口可以提供12Mbps的傳輸速率，最新USB2.0高速接口可以提供480Mbps的高速傳輸速率。USB2.0可以提供A插頭到主機(jī)的連接和B插頭到外設(shè)的連接接入，對(duì)于許多便攜式設(shè)備，如果太大的話還通常使用迷你A插頭和B插頭。

最新的USB OTG (On The Go)接口允許外設(shè)裝置（如PDA，數(shù)碼相機(jī)，移動(dòng)電話互相通訊）之間相互通信。例如，USB OTG接口允許數(shù)碼相機(jī)直接發(fā)送文件到打印機(jī)而不需連接計(jì)算機(jī)。有USB OTG接口的設(shè)備即可以作為主機(jī)，也可以作為外設(shè)，并且可以通過USB OTG接口在兩種設(shè)備之間變換。擁有USB OTG接口的設(shè)備有較小的接頭插座，這樣的連接可以使用迷你A插頭或者B插頭，被稱作迷你AB插座。

圖1 USB接口的保護(hù)

IEEE 1394 (Firewire，i.Link)接口

IEEE公布了一個(gè)串性行總線標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 1394A支持400Mbps傳輸速率，而IEEE 1394B支持800Mbps傳輸速率，這些標(biāo)準(zhǔn)支持同步傳輸保證每秒的比特率正確，這是十分重要的，因?yàn)閷?duì)于流動(dòng)的視頻信號(hào)（實(shí)時(shí)）需要高速視頻傳輸。IEEE 1394一個(gè)端口支持63個(gè)外部設(shè)備，IEEE 1394在設(shè)計(jì)上與USB略有不同，它使用兩對(duì)雙絞線通訊而不是一對(duì)雙絞線。電纜被分別隔離開來，一對(duì)用于數(shù)據(jù)發(fā)送另一對(duì)用于數(shù)據(jù)接收。電纜的屏蔽和隔離有助于減少外部接口引起的數(shù)據(jù)比特錯(cuò)誤。驅(qū)動(dòng)器可以通過電纜反向接收而獲得。端口要端接一個(gè)適配電阻提供一個(gè)正確的線路終端（在圖2中終端電阻沒有被表示出來）。

遠(yuǎn)程供電方式允許從主機(jī)板獲得最大45W的功耗，最大支持1.5A電流和40V電壓。當(dāng)對(duì)PDA和數(shù)碼相機(jī)提供遠(yuǎn)程供電時(shí)，需要對(duì)大電流提供過流保護(hù)。

圖2 IEEE 1394接口的保護(hù)

電源線路的過流保護(hù)

正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的電阻值隨著溫度的增加而增大，溫度的增加是由于其熱效應(yīng)(I2R)，電阻的增大相當(dāng)于電路被斷開，開路電阻（動(dòng)作電阻）比一般電阻要高得多。保持電流IHOLD指PTC熱敏電阻在最大電壓（Vmax）情況下不斷開（動(dòng)作）時(shí)的最小電流，這個(gè)參數(shù)通常是室溫下的額定值。環(huán)境溫度的增加引起動(dòng)作電流的減小，這在設(shè)計(jì)階段就被考慮到了。

在保持電流IHOLD 和動(dòng)作電流ITRIP電流之間的任何階段，PTC熱敏電阻均可以進(jìn)行高阻狀態(tài)，這主要取決于PTC熱敏電阻本身的阻值。PTC熱敏電阻將在一個(gè)低的動(dòng)作電流下保持動(dòng)作狀態(tài)，一直保持到電流下降到低于保持電流IHOLD值為止。由于提整個(gè)封裝內(nèi)的溫度劇增，保持電流變得很低，這時(shí)可能需要手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)PTC熱敏電阻冷卻下來以后，電阻值回到額定值。因?yàn)镻TC熱敏電阻的動(dòng)作取決于電流，而動(dòng)作時(shí)間和電流是有關(guān)系的。低故障電流值接近于動(dòng)作電流值顯示出很長的延遲時(shí)間，這一點(diǎn)也應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段考慮近來。

USB接口電源線路的過流保護(hù)

USB 2.0接口主機(jī)端（臺(tái)式PC和筆記本計(jì)算機(jī)）可以提供500mA的電流源，外部橋接器每端口限定于100mA，每個(gè)橋接器最小4端口。端口的額定電壓為5V，需要過流保護(hù)。USB OTG外設(shè)被設(shè)計(jì)成可以負(fù)擔(dān)有限的主機(jī)而且能發(fā)送和接受能源。在這樣的裝置中，如果端口的電流大于100mA，電壓則需要在4.75V 和5.25V之間調(diào)節(jié)，這樣可以保證USB 2.0接口對(duì)于電源裝置的技術(shù)規(guī)格要求的反向兼容性。

USB 2.0的過流保護(hù)這一需求可以考慮使用高分子聚合物正溫度系數(shù)熱敏（PPTC）電阻。例如柏恩推出的Multifuse MF-NSMF075電阻在23℃時(shí)保持電流IHOLD能夠達(dá)到750mA，但是60℃時(shí)保持電流IHOLD下降到520mA，如果需要較高的保持電流，MF-NSMF110能在60℃達(dá)到800mA并且設(shè)計(jì)中預(yù)留了一定的安全余量。動(dòng)作電流兩倍于保持電流，PTC熱敏電阻在動(dòng)作電流下將保持動(dòng)作（斷開）狀態(tài)。

舉例來說：MF-NSMF050在1A負(fù)載電流時(shí)開關(guān)時(shí)間大約3秒而2A時(shí)大約1.5秒。較低的電阻MF-NSMF07在2A負(fù)載時(shí)動(dòng)作（斷開）需要大約1秒。

圖3 柏恩公司MF-NSMF075電阻的動(dòng)作時(shí)間曲線

在由于接通電源或帶電熱插拔而產(chǎn)生大啟動(dòng)電流（浪涌電流）時(shí)，動(dòng)作時(shí)間曲線甚至于可以幫助設(shè)計(jì)師，確保PTC電阻不動(dòng)作。直流電源也應(yīng)該支持由于動(dòng)作時(shí)間持續(xù)時(shí)的短路電流。此外，PTC電阻還將影響USB設(shè)備的負(fù)載調(diào)節(jié)。設(shè)備的負(fù)載調(diào)節(jié)在電源裝置最大負(fù)載條件下將下降到4.75V。最大的串聯(lián)電阻，包括直流電源的虛電阻（fictive resistance）應(yīng)該小于0.5Ω。最大USB線長度為5米，電阻是190mΩ。在布線時(shí)，每毫米2mΩ的軌道電阻可以與PTC熱敏電阻的阻值一同考慮，但是這通�？梢院雎圆挥�(jì)。PTC熱敏電阻可能需要減小，以適應(yīng)調(diào)節(jié)的要求，但這將使電源裝置在故障情況下處于負(fù)載過重的情況。

圖4 MF-NSMF050/075/110/150的特性參數(shù)

IEEE 1394電源線的過壓保護(hù)

現(xiàn)今大多數(shù)外設(shè)都采用1394接口而不支持遠(yuǎn)程供電，有些設(shè)備制造商還提供沒有電源線的電纜，然而PDA產(chǎn)品比如IPAD仍然利用這一特點(diǎn)與主機(jī)相連。1394接口比USB 2.0有較高的能量密度，因此PTC熱敏電阻的情況是有所不同的，要求PTC熱敏電阻的最大電壓承受至少為33V，動(dòng)作電流不低于1.5A。Bourns的Multifuse MF-SMDF150/33熱敏電阻在環(huán)境溫度下有1.5A的保持電流，可以限制短路電流對(duì)電源的壓力。MF-SMDF150/33在2A故障電流時(shí)有120秒的動(dòng)作時(shí)間，而在高達(dá)5A的浪涌電流時(shí)有7秒的動(dòng)作時(shí)間來阻斷。其封裝高度為1.09mm，尺寸為2018，適用于小型消費(fèi)電子產(chǎn)品。

圖5 MF-SMDF150/33、MF-SM150/33、MF-SM185/33的特性參數(shù)

ESD（防靜電釋放）過壓保護(hù)

選擇過壓保護(hù)的關(guān)鍵是考慮設(shè)備的保護(hù)對(duì)象。集成電路在線路板上一般能抵抗額定值為1-2KV的電壓沖擊，IEC 61000-4.2規(guī)范詳細(xì)說明人體高達(dá)8KV的靜電釋放可能作用在便攜設(shè)備上�；谝患�(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Level 1 specification）的IC保護(hù)是第二種保護(hù)方案，其中的主保護(hù)器用以防止8KV電壓的沖擊。ESD保護(hù)器有反應(yīng)時(shí)間，這和它在高dVdT (8kV/ns)測試情況下保護(hù)器的過沖有關(guān)。因此確保IC和電路在峰值電壓下被保護(hù)是十分重要的。有些觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)該增加有關(guān)接觸和空氣放電方面的規(guī)范，因?yàn)槿梭w模型在強(qiáng)靜電環(huán)境中能夠達(dá)到25KV的靜電電壓。

多數(shù)普通的ESD保護(hù)方法是用小型硅基齊納二極管或者多層變阻器作為第一水平的抵抗ESD保護(hù)。因此了解保護(hù)器能承受的功率密度來提供一個(gè)可靠的解決方案是非常重要的。多層變阻器有極限電壓，在高初始電阻時(shí)（對(duì)于CG0603MLC系列阻值為120MΩ），電壓增加而電阻減小，引起通過設(shè)備的電流增加。這避免了當(dāng)保護(hù)器耗散掉能量時(shí)在電路中的過壓干擾。一旦有電干擾消除，多層變阻器將回到高阻不工作狀態(tài)。

數(shù)據(jù)線的過壓保護(hù)

保護(hù)器的電容對(duì)于高比特率的數(shù)據(jù)傳輸線是一個(gè)問題。串聯(lián)電阻和負(fù)載電容可以起到初級(jí)濾波作用，減慢波形上升和下降。減小串聯(lián)電阻有助于帶寬和銅損耗，但減小有效電容則影響是較大的。柏恩的ChipGuard CG0603MLC-xxE系列多層變阻器能夠提供0.5PF這樣極低的電容，而泄漏電流幾乎可以忽略不計(jì)。CG0603MLC對(duì)480Mbps傳輸速率的信號(hào)影響很小，而且在1Gbps甚至更高速率也可以考慮使用。對(duì)于通訊應(yīng)用可達(dá)480Mbps速率，低成本的CG0603MLD-xxE系列可以考慮5PF的電容。

電源線的過壓保護(hù)

電源裝置通常不受靜電釋放環(huán)境的影響，這是因?yàn)槭褂昧藷o源器件如電容和電感而不受靜電影響。通常使用鐵素體增加串聯(lián)電感來限制快速脈沖的影響，這樣可以有效的保護(hù)。過壓保護(hù)解決方案還是能減小對(duì)組件的沖擊。0603封裝較之0402更能支持高能量密度，因此被推薦用于電源線的保護(hù)以抵抗ESD。CG0603MLA-14KE最大工作電壓為14V，使它能適用于USB接口的電源線路保護(hù)。還可考慮在數(shù)據(jù)和電源端口之間使用一個(gè)保護(hù)器如CG0603MLD-12E或CG0603MLC-12E。

IEEE 1394應(yīng)用需要較高的電壓穩(wěn)定以確保工作時(shí)不發(fā)生波動(dòng)。柏恩的ChipGuard產(chǎn)品通常不支持高于18V的工作，因此可以考慮在這些應(yīng)用中使用400W的CD214A-Txx齊納二極管穩(wěn)壓器。

布線考慮

由于瞬變（transient）影響USB控制器的電源裝置的輸入和輸出，且瞬變發(fā)生在電源線和系統(tǒng)地線之間，因此，變阻器要放在兩個(gè)連接終端之間并且要靠近外部連接設(shè)備。大多數(shù)便攜式設(shè)備只有一個(gè)系統(tǒng)級(jí)地線，以避免過壓保護(hù)的過剩能量。這使整個(gè)系統(tǒng)只受回路電流的影響，并且由于PCB布線電感的影響，還可能引起反饋。

圖6 為了防止瞬間突變的影響，可變電阻器要放在兩個(gè)連接終端之間，并且要靠近外部設(shè)備

PCB布線時(shí)的感抗由下列公式定義：
XL = 2πFL
其中，高頻信號(hào)（人體ESD靜電釋放時(shí)間低于1nS）將有效的增加導(dǎo)帶電阻，使跨接電壓增大，并可能產(chǎn)生瞬變電流。感抗也有好的一面，有助于減少ESD對(duì)元件的損傷。在ESD情況下，CG0603MLC-12E可以有最大絕對(duì)值為200V的峰值沖擊電壓。由于安裝了保護(hù)器，這個(gè)沖擊被極大的降低了，就好像遠(yuǎn)離IC一樣，圖6的突出顯示了兩部分之間提供了額外的串聯(lián)感抗。CG0603MLC-05E有典型的30V的鉗位電壓（對(duì)于測量來說有30ns的延遲時(shí)間），設(shè)計(jì)用于較低的過應(yīng)力環(huán)境。高電壓（6KV或更高）輸入到PCB板上會(huì)引起附近的線路間打火，因此過壓保護(hù)器將安放于靠近連接器的地方。柏恩的ChipGuard多層變阻器被放在靠近通訊線路，理想狀態(tài)下，其過壓保護(hù)焊盤應(yīng)該集成進(jìn)通訊線。將保護(hù)器和通訊線互連就會(huì)引入額外感抗。由于與可變電阻器處于串聯(lián)形式，線路電感是布線方面的一個(gè)障礙，并越來越多的影響著設(shè)備的原始過沖。IC制造商反對(duì)在IC和連接器之間出現(xiàn)長線路，因?yàn)檫@對(duì)性能是有害的。因此，問題的關(guān)鍵就是選擇一個(gè)具有低的過沖和鉗位電壓的高質(zhì)量ESD保護(hù)器。

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