在上一篇文章“無需轉(zhuǎn)接,!新版USB Type-C直接支持HDMI輸出(一)”中,我們介紹了有關(guān)USB規(guī)范以及HDMI備用模式增加到USB Type-C接口時(shí)需要考慮的主要問題,。在本文中,,我們將會(huì)討論用于低速引腳ESD保護(hù)的其他器件。
設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
除了上面討論的主要模塊外,,還需要特別注意以下三個(gè)元件:其中兩個(gè)用于保護(hù)組件免受電磁脈沖影響,,另一個(gè)可幫助提升整體系統(tǒng)性能。
防護(hù)注意事項(xiàng)
由于USB端口是暴露在外的,,所以當(dāng)用戶插入和拔出線纜時(shí),,必須要防止發(fā)生意外的靜電釋放(ESD),但不同的引腳可能需要的ESD解決方案也不盡相同,。在千兆數(shù)據(jù)傳輸速率下,,設(shè)計(jì)人員必須采取特殊的預(yù)防措施來保持信號(hào)的完整性。需確保所有添加到高速數(shù)據(jù)通道的電路(比如ESD保護(hù)電路)引入的線路電容非常小,,此外還必須在整個(gè)信號(hào)回路中保持阻抗匹配,,如果不匹配,可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)并降低信號(hào)質(zhì)量,。而SBU和CC等數(shù)據(jù)傳輸速率低的引腳,,對(duì)于電容增加或阻抗不匹配沒有那么敏感。
共有八個(gè)TX/RX引腳在USB模式和HDMI模式下充當(dāng)高速數(shù)據(jù)通道:包括用于USB操作的USB 3.1通道,、三個(gè)TMDS通道以及用于HDMI AM操作的時(shí)鐘通道,。
Texas Instruments推出的TPD4E02B04 瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)可保護(hù)高速數(shù)據(jù)引腳。此器件是一個(gè)四通道雙向ESD保護(hù)二極管陣列,,每個(gè)通道還擁有僅0.25pF的I/O電容,。其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)USON-10封裝采用直通布線,可實(shí)現(xiàn)走線阻抗匹配,。
下文將會(huì)討論用于低速引腳ESD保護(hù)的其他器件,。
防止VBUS發(fā)生短路
USB Type-C接口的引腳間距通常只有0.5mm,與之前Type-A接口相比,,引腳間更容易發(fā)生短路,。SBU和CC這類與VBUS相鄰的引腳就很容易短路,尤其在USB或HDMI端口支持完整USB PD規(guī)范時(shí),,短路風(fēng)險(xiǎn)就更高了,,因?yàn)檫@種情況下VBUS引腳的電壓可達(dá)到22V。這種持續(xù)性的電壓不僅可以短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)在相鄰引腳上,,在進(jìn)行熱插拔的過程中甚至可以產(chǎn)生高達(dá)44V的瞬態(tài)電壓,。
Texas Instruments(TI)的TPD8S300 USB端口保護(hù)器(見圖1),可為CC和SBU引腳上發(fā)生的VBUS短路事件提供過壓保護(hù),還能防止發(fā)生電壓振鈴,。雖然這些引腳不像前面討論的高速引腳對(duì)電容增加那么敏感,,但是它們同樣需要ESD保護(hù)。TPD8S300可以保護(hù)SBU和CC引腳,,并為兩個(gè)USB 2.0 D+/D-引腳對(duì)提供額外的ESD保護(hù),。
圖1:TPD8S300內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖顯示了保護(hù)SBU和CC引腳不受VBUS短路影響的直插式FET和控制電路,并增加了四個(gè)額外的ESD保護(hù)通道(來源:Texas Instruments)
信號(hào)衰減補(bǔ)償
通過添加組件來防止ESD和VBUS短路會(huì)對(duì)高速HDMI或USB信號(hào)產(chǎn)生影響:盡管設(shè)計(jì)人員已盡了最大努力,,但是實(shí)際使用時(shí)信號(hào)質(zhì)量還是不可避免地受到影響,,這是因?yàn)镮C引腳寄生電容、PCB走線等因素都會(huì)影響信號(hào)到達(dá)輸出引腳時(shí)的質(zhì)量,。
對(duì)于信號(hào)鏈路,,在Type-C接口前增加信號(hào)中繼器,是確保高數(shù)據(jù)速率下維持信號(hào)質(zhì)量良好的最有效方法,。信號(hào)中繼器會(huì)放大輸出信號(hào),通過線性均衡來補(bǔ)償通道信號(hào)的衰減,。對(duì)于采用USB Type-C接口的應(yīng)用,,在線纜質(zhì)量不好或長(zhǎng)度非常長(zhǎng)時(shí),它還可以幫助通過兼容性測(cè)試并提高設(shè)備間的互操作性,。
TI推出的TUSB1046模擬和數(shù)字交叉點(diǎn)IC集成了備用模式多路復(fù)用器和信號(hào)中繼器,,其中線性信號(hào)中繼器支持備用模式下每個(gè)通道高達(dá)8.1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,足以滿足HDMI 1.4規(guī)范的3.4Gbps需求,。盡管TUSB1046最初是為DisplayPort而設(shè)計(jì)的,,但是它與協(xié)議無關(guān)。圖2顯示的是適配三個(gè)HDMI TMDS通道和TMDS時(shí)鐘的DisplayPort四通道設(shè)置,。
圖2:針對(duì)HDMI AM應(yīng)用配置的TUSB1046信號(hào)中繼開關(guān):此器件還支持正常模式下的USB 3.1 SuperSpeed+標(biāo)準(zhǔn)(來源:Texas Instruments)
未來發(fā)展趨勢(shì)
USB Type-C最新修訂版應(yīng)用廣泛,,正逐漸在成為消費(fèi)電子設(shè)備(比如筆記本電腦、智能手機(jī))的高速數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn),。USB Type-C備用模式讓HDMI成為目前最新的高速數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn),,它還規(guī)定了在USB Type-C應(yīng)用中的使用規(guī)范。設(shè)計(jì)人員期待Type-C在備用模式的加持下,,能夠支持除DisplayPort,、Thunderbolt、MHL和HDMI以外的更多流行音頻標(biāo)準(zhǔn),。
HDMI的流行推動(dòng)了支持HDMI專用備用模式的器件快速面市,,不管具體的電路設(shè)計(jì)是怎樣的,本文討論的許多問題都是任何類型系統(tǒng)都面臨且必須解決的基本工程問題,。