汽車制造商繼續(xù)把信息娛樂系統(tǒng)作為多媒體體驗的延伸。 USB接口一直是信息娛樂架構(gòu)的基本要素，因此制造商已讓這種原本以消費(fèi)者為中心的接口接受更嚴(yán)格的保護(hù)要求。其中需要防止組裝,、制造或維護(hù)過程中車輛用蓄電池發(fā)生短路,。例如,，當(dāng)將機(jī)頭單元連到不同連接模塊的長線線束受損，可讓所有引腳短路至12V汽車蓄電池,。其他潛在的失效機(jī)理包括使用不符合要求的適配器,、電纜或充電器；USB連接器或電纜的力學(xué)扭曲,；或任何進(jìn)入連接器,，并將數(shù)據(jù)線短接到VBUS的碎屑。
在由兩部分組成的系列的第一部分,，我將舉例說明,，防止USB電路電池短路故障的最佳途徑。在我的下篇博文中,，我將延伸說明優(yōu)化您的汽車USB防電池短路設(shè)計的最佳途徑,。
當(dāng)設(shè)計防電池短路USB 時，始終牢記三個主要方面：
·保護(hù)解決方案的帶寬,。
·鉗位電壓和響應(yīng)時間行為,。
·過流和短對地特性。
過去,，不可能找到一個可解決所有三個方面的USB 2.0防電池短路解決方案,，但TI新型防電池短路保護(hù)設(shè)備的TPD3S714-Q1系列可以幫助解決這些常見問題。
帶寬
信號完整性是設(shè)計工程師在汽車USB應(yīng)用中遇到的最大挑戰(zhàn)之一,。由于USB 2.0支持高達(dá)480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,，添加到電線的任何少量電容都會扭曲信號，造成數(shù)據(jù)傳輸失敗,。這會讓設(shè)計師在尋找解決方案時的任務(wù)變得復(fù)雜,，不僅要防止靈敏電子產(chǎn)品受到高電壓和電流尖峰影響，同時要保持最佳的信號完整性,。
TPD3S714-Q1是用于USB連接器的VBUS和數(shù)據(jù)線防電池短路,、短路和靜電放電（ESD）的單芯片解決方案。集成的數(shù)據(jù)交換為最小的信號衰減提供了兩倍高的帶寬,，同時提供高達(dá)18V的防電池短路保護(hù),。圖1是插入損耗圖,，突出采用1GHz-3dB帶寬的高速數(shù)據(jù)交換,。
圖1：TPD3S714-Q1數(shù)據(jù)交換差動帶寬
您可使用眼圖分析線路電容對帶寬的影響。測量最小和最大電壓電平以及抖動可能暴露USB數(shù)據(jù)線傳輸中的任何問題,。高1GHz帶寬允許USB 2.0高速應(yīng)用,。高于720MHz帶寬的少量裕量也有助于在汽車USB環(huán)境中維持常見的帶長系留索的清晰USB 2.0眼圖,。圖2為USB 2.0眼圖的一個示例。
圖2：TPD3S714-Q1的USB 2.0眼圖
鉗位電壓和響應(yīng)時間
盡管選擇保護(hù)解決方案時,，帶寬是需記住的最重要的特征之一,，但您還必須確保鉗位電壓足夠低，以保護(hù)下游電路出現(xiàn)任何電池短路或ESD事件,。此外,，您應(yīng)設(shè)計具有快速關(guān)斷時間的過電壓場效應(yīng)晶體管（FET），以迅速保護(hù)上游片上系統(tǒng)（SoC）免受有害電壓和電流尖峰（SoC）的影響,。
防電池短路保護(hù)將系統(tǒng)內(nèi)部電路與在VBUS,、D +和D-引腳處出現(xiàn)的任何過壓條件隔離開。這些引腳上,，TPD3S714-Q1可為熱插拔和DC事件處理高達(dá)18V的過電壓,。過壓保護(hù)電路提供業(yè)內(nèi)最可靠的防電池短路隔離，幫助提高系統(tǒng)級的保護(hù),。圖3所示為短路至18V故障期間其5V鉗位電壓,，強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)通道上200ns的超快響應(yīng)時間。
圖3：TPD3S714-Q1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換短路至18V響應(yīng)波形
過流和短對地
選擇不良的過電流保護(hù)電路會障礙產(chǎn)品快速上市,。過流事件期間,，流經(jīng)系統(tǒng)側(cè)的顯著電流量可能導(dǎo)致上游5V軌掉電或斷電，并潛在降低或重置多個連接到共享導(dǎo)軌的集成電路（IC）,。過電流保護(hù)裝置的目的是限制比如一個短對地的情形下USB端口可汲取的電流量,。此外，USB 2.0規(guī)范要求在任何USB供電設(shè)計中使用過電流保護(hù)裝置,。
圖4描述一個系統(tǒng)電壓降到小于200mV的短對地事件,，保持共享5V軌的穩(wěn)定，并恰當(dāng)隔離故障,。TPD3S714-Q1集成了一個精確的高達(dá)0.5A的電流限制負(fù)荷開關(guān),，自動限制過流事件期間的電流。內(nèi)部FET開關(guān)阻止過量電流流經(jīng)上游設(shè)備,，防止系統(tǒng)側(cè)復(fù)位,。
圖4：TPD3S714-Q1 VBUS短對地響應(yīng)波形
記住——尋找一個USB 2.0防電池短路解決方案時，始終牢記保護(hù)設(shè)備的帶寬,、鉗位電壓和響應(yīng)時間,，以及過流和短對地特性?？紤]到這些關(guān)鍵領(lǐng)域可讓原始設(shè)備制造商OEM更容易實現(xiàn)目標(biāo)并縮短上市時間,。
其他信息
·查看具有電池短路保護(hù)功能的雙端口汽車類 USB 2.0 集線器參考設(shè)計。
·閱讀白皮書,，“在汽車環(huán)境下設(shè)計防電池短路公差的USB,?！?/p>
·通過TPD3S714-Q1評估模塊評估您的汽車USB 2.0防電池短路保護(hù)設(shè)計。