USB接口是为台式系统与外设之间提供高速串行接口而设计的。另外,USB接口有一条电压供给线可用来为所连接的外设供电。没有什么东西插入USB插座,它是一个开口插座。由人体静电放电引起的ESD放电脉冲如果进入插座,就会被传入板中而且很容易损坏USB控制器。
必须保护这种高速总线的数据线和电源线。在USB控制器和总线(图2)中用一个TVS器件,以5V和地为基准。它保护每一个端口的D+和D-线有效地把瞬态过压条件箝位到USB控制器芯片的安全电平。功率分配开关提供短路电流保护以及端口开关转换和失效报告。
功率管理写入USB规范。而ESD保护没有写入规范。
TVS器件可用来提供适当的ESD保护。元件放置和通路长度仍然是重要的设计问题。应保持TVS和被保护线之间的通路最短,以及TVS器件紧靠端口连接器。
USB规范要求把固态功率分配并关用于功率管理。在PC主机中,它们提供对控制器IC的短路电流保护和失效报告。在USB外设中,它们用于端口开关转换、失效报告和电源电压下降控制。
功率分配
比较一下最近10年PC所需电流的变化,其电流增加是惊为的。随着时钟频率的迅速加快,使得PC和服务器处于特别高的di/di环境。例如,2.5μH的电感和4×1500μF的电容在负载上的瞬态可达200mV(峰-峰)左右,恢复时间为50μs。更麻烦的事情是CPU从睡眠方式很快过渡到唤醒方式,其所产生的瞬态为20~30A/μs,使功率管理成为头痛的问题。
Dell Computers公司为满足Intel先进的Pentium CPU严格的功率/功率管理要求而开发出一款离散多相脉宽调制(PWM)控制器和降压DC-DC变换器(见图3)。其输出部分(右上方)包括输入电容器以及低端和高端驱动FET。
结语
本文描述了如何预见和避免某些混合信号系统易犯错误的方法。每个系统都有其本身的问题,而每个设计为员都有其解决问题的独特办法。不管是对付更困难的保护还是更精确的功率管理,选择适当的元件是解决问题的第一步。在选用变换器、变换器控制器和TVS保护器件时有很多选择上的考虑。把这些元件放置在板上适当的位置才能达到有效的功率管理或保护。考虑周到的连线和地线布局是设计中解决的另一个重要问题。
责任编辑:gt
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