不断升级的USB-C接口 - 芯片采购网

不断升级的USB-C接口

（2024年12月21日更新）

检查我们周围电子设备外壳上的各种接口，你可能会发现它们的类型和数量正在减少。但与此同时，有越来越多的机会上镜，这个接口就是USB Type-C（以下简称USB-C）。

芯片采购网专注于整合国内外授权IC代理商现货资源，芯片库存实时查询，行业价格合理，采购方便IC芯片，国内专业芯片采购平台。

根据HIS2021年全球市场研究数据配备USB-C在智能手机、平板电脑、笔记本电脑等数亿消费电子产品及其相关配套组件中，接口设备出货量接近50亿部，USB-C已成为标配。

2015年进入商业化，USB-C以如此快的速度占领市场，统一江湖，并非偶然。USB-C好在哪里？随便找一个非专业的普通消费者，也可以摆出几个:外形小，支持正反插，可以双向供电，数据视频传输肩并肩……当然，特别重要的一定是以下两点：数据传输速度更快，电力传输效率更高。

新标准带来的新挑战

在标准定义之初，USB-IF以具有技术前瞻性的物理界面的定位创建USB-C是的。事实也表明，这些年来USB在提高数据传输和电力传输标准的背后，USB-C提供强有力的支是必不可少的。

具体来说，经过多年的迭代，USB从USB 1.0的1.5Mbps、USB 2.0的480Mbps，提升到了USB 4.0的40Gbps。能有这样的信心和迭代速度USB-C双通道（x2)架构无关紧要。

图1：USB升级数据传输标准的道路

（图源：Littelfuse）

在电力传输方面，USB-C在应用程序开始时，它支持高达1000W（20V @ 5A）的USB PD协议是关键卖点。通过这个功能，可以使这个功能可以通过USB-C接口供电的设备范围大大扩大，也使其成为智能手机提高充电功率的坚实支点，受到能源焦虑的困扰。去年5月，USB-IF发布了新的USB PD 3.1标准，更是将USB-C支持的上限输出功率来自以前USB PD 3.0规定的100W，提升到了240W（48V @ 5A）！如果是2010年推出的7.5W的USB BC1.比较，十年USB电力传输能力增加了32倍！

而且USB-C中专专门定义了用途PD协议传输的CC线路负责协商供电和受电设备之间的电力协议，使可编程电源PPS（Programmable Power Supply）基于实现的可能性也得到了保证USB-C快速充电可以达到更高的能效。

可以说，与其它接口相比，USB-C物理接口标准和数据传输标准USB PC功率传输标准相互支持，共同推进，实现了今天稳定的江湖地位。

但所谓能力越大，责任越大，USB-C特别是在可靠性和稳定性方面，数据和电力传输能力的提高也带来了新的挑战。这是因为这些标准在制定时没有直接规定保护USB在实际应用中，由于接口免受外部伤害的具体方法USB-C形状小，连接密度大，接口电路保护压力大，特别是静电保护（ESD）在过热保护和过热保护方面，必须有针对性的方案来确保USB-C接口的可靠性。

图2：与传统的4针脚相比USB-A与连接器相比，USB-C连接器有24针，信号接触间距仅为0.5mm

（图源：Littelfuse）

构筑全方位ESD防护

让我们先ESD防护。USB-C连接器和电缆暴露在外部环境的电子电路中，不可避免地会受到直接接触或电弧的影响ESD冲击电压可达30kV或更高，瞬时电流高达30A，这种高能量会熔化硅和导线，导致元件完全失效。即使没有造成这种硬伤害，ESD电流也可能导致软故障，包括逻辑器件的状态变化、锁定或不可预测的行为，影响数据传输速度、系统启动错误或一些潜在缺陷，影响组件的可靠性或降低其使用寿命。因此，对于USB-CMurata代理这种的存在ESD必须严格设防高风险界面。

不过，对于USB-C对于接口，我们想要全面的设防ESD它面临着一些前所未有的挑战：

只有4引脚USB-A与连接器相比，USB-C接口的引脚数量达到24个，尺寸大大压缩，因此保护元件必须有更紧凑的形状。在这种情况下，大面积分立保护元件的应用将受到限制，包装密度更高（如TVS二极管阵列)成为更理想的选择。

同时，这24个引脚(线路)的角色也不一样，对于ESD冲击保护要求也有很大差异。例如，对于电源传输线ESD额定电压是保护元件的重要指标；对于数据线，为了支持高速数据传输，对于ESD保护元件的低电容值会更敏感，因为电容会削弱传输信号，电容值越高，信号的衰减效果越明显。因此，传输速率越高的数据接口需要较低的电容值ESD抑制元件。

图3：USB-C接口ESD防护解决方案

（图源：Littelfuse）

图3显示了一个典型的例子USB-C接口的ESD需要保护的线路包括防护解决方案USB 2.0、SuperSpeed、SBU、CC、Vbus对应图中的五种，分别对应图中的五种II、III、IV、V四种情况。每条线路。ESD保护要求不同，但我们的解决方案应该尽可能全面。

如果我们分别针对每条线ESD保护规格，选择保护元件，无疑是一个费时费力的过程。为了解决工程师的问题，Littelfuse为每条线路提供完整的解决方案ESD匹配合适的保护元件。让我们仔细观察这个方案。

USB 2.0线路

先来看对于USB 2.0线路保护，这个引脚是USB-C在兼容之前USB 2.支持480Mbps其传输速度ESD需要满足保护IEC 61000-4-2标准要求的8kV为了满足高速数据传输的要求，需要低电容。Littelfuse在方案中，匹配的保护装置是SP3530单向TVS二极管可安全吸收22kV的ESD能量冲击，接近IEC 61000-4-2要求3倍，不会衰减；同时，0.3pF对信号转换的干扰也可以尽可能减少。0201的SMD包装外观也足够小，不会占用太多PCB面积。