USB電路保護設計方案

　　PPTC（聚正溫度系數）裝置是對電腦及有關裝置提供電流過載保護的一種既可靠又經濟的解決方案。由于這種裝置設有各種尺寸和功率范圍，讓電路設計者可以選擇最合適的款式以滿足電路設計和USB規范的需求。

　　現時的USB技術使得各種能夠自行識別的外部設備與電腦聯接，并自行裝載驅動程序以運行新的裝置。而一般即插即用裝置，需要有電源的USB接口進行數據傳輸并提供電源。當發生短路或連接了受損設備時，如受損的電纜或聯接頭插入USB接口時，必須對USB集線器及主機裝置提供有效保護。百事通由于這種情況在PC或集線器的使用過程中經常發生，USB規范中要求對裝置進行可復式電流過載保護，特別指出"PPTCs"是理想的保護技術。

　　USB裝置可歸類為向USB提供額外聯接點的集線器，或是為系統提供其它功能的功能模塊（例如數控操縱桿）。集線器裝置還可進一步分為總線供電和自供電兩種。

　　總線供電集線器從USB連接頭的電源插腳取得所有內部功能模塊和后續接口所需的電源。集線器從前級的裝置中可獲取高達500毫安的電流。而有源總線集線器的外接口每個可獲得高達100毫安電流，最多可有4個外接口。

　　自供電集線器用于內部功能和后續接口的電源并不是來自USB接口，盡管前級的USB接口能夠提供100mA的電流并使得當集線器發生斷電時，界面仍然能夠正常運行。集線器必須能夠為所有後級聯接上提供高達500毫安電流。

　　USB規范對電流過載保護的要求如下：

　　* 為安全起見，主機和自供電集線器必須提供電流過載保護。

　　* 集線器必須設有對電流過載檢測并且能夠將檢測結果傳達給USB軟件。

　　* 如果由于一批后續接口取電而導致整體電流超過預設定值，電流過載保護電路必須要能夠消除或減少所有受影響的后續接口的電源。

　　* 電流過載跳閘點不能超過5.0安培，而且必須高於最大允許的接口電流，使得瞬間電流(例如，電源打開或動態聯接或重新配置時)不會導致電流過載保護器跳閘。

　　USB規范要求可以有獨立或集合兩種電流保護方案。使用PolySwitch分別保護獨立接口, 能對后續電源聯接提供有效的保護設計。當某個接口發生故障，該接口的PolySwitch裝置跳閘，相鄰的接口仍能夠正常運行。獨立接口保護也使得設計者選擇較輕巧、反應較為迅速的裝置。

　　圖1是獨立接口保護的基本電路及電流過載報告電路。在正常情況下，PolySwitch裝置的后續設備電壓（Va）約為5V。在發生故障時，Va會趺至低于1V。

　　為了減小USB電纜上的EMI輻射，通常在Vcc插腳都串接有鐵氧體磁環。磁環的串聯阻抗以及RF阻尼是重要的依據。選擇"導線加磁環"的配置主要是由于它具有較低的直流串接阻抗。而"電容器輸出"的布局，在串接磁環后面再并聯輸出電容器，是使后續接口發揮優良電流特性的理想布局。

　
圖1. 獨立接口保護電路低壓觸發電流過載插腳故障報告

　　電路板布局考慮
　　為了達到USB1.1和USB2.0中有關電壓降、電流以及EMI輻射的規范要求，可按照下面的指引設定PCB布局：
　　* 所有正電源線布線應盡可能短并至少應用50-mil或1-ounce的銅線。
　　* 盡可能避免過孔布線，如果不可避免，需將布線適當加粗。
　　* 如果使用電源總線開關，將它放置靠近USB連接頭。
　　* 如有可能，分開火線和地線層次。
　　* 如使用多層板，將開關部分（后續電路）和非開關部分（邏輯電路或前級電路）分開。