USB电路保护设计方案

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USB电路保护技术和实施方案

USB电路保护技术和实施方案
Adrian Mikolajczak
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】2003(000)020
【摘要】在通用串行总线（USB）技术规范中，要求为USB电源管理提供电流限制和电源开头功能，而且提出复式聚合物正温度系数（PPTC）器件和固态开头可以作为可行的过电流保护方案。

与保险丝相似的是，PPTC器件有助于保护电路多受过电流的损坏，但它与保险丝的不同之处在于，在电路断电以及
【总页数】4页(P65-68)
【作者】Adrian Mikolajczak
【作者单位】泰科电子公司电源元件部/Raychem电路保护部,多媒体市场经理【正文语种】中文
【中图分类】TN86
【相关文献】
B 3.0电路保护 [J], Pete Pytlik
B电路保护的设计考虑 [J], Adrian Mikolajczak
B电路保护技术和实施方案 [J], AdrianMikolajczak
4.TI新型C型USB和电力输送3.0器件改善电力和数据传输、信号质量和电路保护 [J],
5.泰克在2009年英特尔信息技术峰会上展示最新的高速串行测试解决方案——最
新解决方案支持新兴的SuperSpeed USB(USB3.0)、PCI Express 3.0、第三代串行ATA和10G以太网技术 [J],
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USB保护电路的EMC设计

USB保护电路的EMC设计1.确定电路布局电路布局是EMC设计中的重要一环。

首先，需要将接地电路的尽可能短。

接地电路是消除电磁串扰的关键，良好的接地是保证设备EMC性能的基础。

其次，将高频信号线与低频信号线分离布局，减少彼此之间的相互干扰。

此外，还需要根据系统需求，合理布局各个电路模块，减少信号线的长度和走线面积。

2.适当选择滤波器滤波器的设计对于EMC起着至关重要的作用。

在USB保护电路中，常常需要使用滤波器来抑制高频噪声和滤除电源线上的电磁干扰。

常用的滤波器包括LC滤波器、Ferrite Beads和EMI滤波器等。

在选择滤波器时，需要根据系统的特点和需求，合理选择滤波器的参数和类型。

3.良好的接地设计良好的接地设计是EMC设计中的重要一环。

首先，需要构建星型接地系统，即将所有的接地点连接在一起，并与外部接地点相连接。

其次，需要采用大面积的接地层来减少环路面积，并且减少共模噪声的辐射和接收。

另外，还要注意将模拟和数字地线分离布局，减少相互之间的干扰。

4.抗干扰设计在USB保护电路的EMC设计中，抗干扰设计是重要的一环。

主要包括以下几个方面：首先，需要合理选择电容和电感元件，以增加抑制干扰的能力。

其次，需要适当加入屏蔽罩或屏蔽层，以减少电磁辐射和电磁感受。

另外，要合理设置地孔和电流回路，在设计中避免环路，减少电磁干扰。

5.可靠的布线设计布线设计也是EMC设计中的关键一环。

在USB保护电路中，需要合理规划信号线和电源线的走线路径，尽量减少信号线的长度和延迟。

此外，还要合理设计PCB板的层压结构，减少信号线的串扰和电磁辐射。

6.使用合适的材料和元件选择合适的材料和元件也是EMC设计中的重要一环。

例如，选择具有良好屏蔽性能的材料和元件，如磁性材料、屏蔽罩等，以减少电磁辐射和电磁感受。

另外，选择高频特性好的元件，如高频滤波器等，以提高系统的EMC性能。

总结起来，USB保护电路的EMC设计是确保设备电磁兼容性和可靠性的重要环节。

硬件设计：接口--USB2.0电路设计

硬件设计：接⼝--USB2.0电路设计参考资料：⼀、USB2.0物理特性 1.1、USB接⼝ USB连接器包含4条线，其中VBUS、GND⽤于提供5V电源，电流可达500mA；⽽D+、D-⽤于USB数据传输。

D+、D-是⼀组差分信号，差分阻抗为90欧，具有极强的抗⼲扰性；若遭受外界强烈⼲扰，两条线路对应的电平会同时出现⼤幅度提升或降低的情况，但⼆者的电平改变⽅向和幅度⼏乎相同，所以两者之间的电压差值可始终保持相对稳定。

扩展：USB OTG(即USB On-The-Go)技术在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理(节省功耗)功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作，实现了在没有主机的情况下，设备与设备之间的数据传输。

例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB⼝，将拍出的相⽚⽴即打印出来。

USB OTG接⼝中有5条线： 2条⽤来传送数据D+ 、D-; 2条是电源线VBUS、GND; 1条是ID线，⽤于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地，mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。

当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表⽰默认的是A设备(主机)，⽽检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。

1.2、反向不归零编码(NRZI) 反向不归零编码(Non Return Zero Inverted Code)的编码⽅式⾮常简单，即⽤信号电平的翻转代表“0”，信号电平保持代表“1”。

这种编码⽅式既可以保证数据传输的完整性，还不需要传输过程中包含独⽴的时钟信号，从⽽可以减少信号线的数量。

但是当数据流中出现长“1”电平时，就会造成数据流长时间⽆法翻转，从⽽导致接收器丢失同步信号，使得读取的时序发⽣严重的错误；所以在反向不归零编码中需要执⾏位填充的⼯作，当数据流中出现连续6个“1”电平就要进⾏强制翻转(即⾃动添加⼀位“0”电平)，这样接收器在反向不归零编码中最多每七位就会出现⼀次数据翻转，从⽽保证了接收器的时钟同步，同时接收器端会扔掉⾃动填充的“0”电平，保证了数据的正确性(即使连续6个“1”电平后为“0”电平,NRZI仍然会填充⼀位“0”电平); USB的数据包就是采⽤反向不归零编码⽅式，所以在总线中不需要时钟信号。

主板USB供电和ESD保护详解一

主板USB供电和ESD保护详解一、各种USB接口供电设计依据ACPI标准的要求，USB接口要采用2路供电，一路是+5V供电，一路是+5VSB供电。

当系统在ACPI的S0（系统正常运行）/S1（CPU休眠）二种状态时，USB接口由电源供应器的+5V供电。

当系统在ACPI的S3（休眠到内存）/S5（系统关闭待机）状态时，USB接口由电源供应器的+5VSB供电。

这里涉及到2路供电的切换，就是说系统从S0/S1/S2转换为S3/S4/S5状态时，USB接口的供电要从+5V切换到+5VSB。

USB供电的切换设计方案目前有三种：手动跳线切换，MOSEFT切换和专用芯片切换。

现在我们具体看看这三种切换方案。

1、手动跳线切换图1：跳线切换+5V/+5VSB实例上图是某品牌高端P45主板的前置USB接口，采用跳线切换+5V和+5VSB，主板上带有跳线设置说明。

当用户需要使用USB设备（例如键鼠）从S3休眠状态下唤醒时，这个USB设备连接在哪个USB接口就要把这个接口的跳线设置在2-3。

设置跳线后该USB接口就一直由+5VSB供电，无论系统处于S0/S1还是S3/S5状态。

图2：跳线切换+5V/+5VSB电路原理这种方案的好处是节省成本，厂家的利润多一点。

缺点是唤醒设备只能使用跳线设置的USB接口，不灵活，会给用户带来不便。

供电电路的过电流和短路保护采用自恢复保险丝。

当USB设备出现故障导致电流增大或短路时，保险丝切断供电，保护供电电路不被过电流烧毁。

2、MOSEFT切换图3：MOSEFT切换+5V/+5VSB实例上图是另一品牌高端P45主板的前置USB接口，采用2颗MOSEFT切换。

切换原理参见下图。

图4：MOSEFT切换+5V/+5VSB电路原理MOSEFT1用于+5V，MOSEFT1的道通控制极—栅极连接+5V驱动信号。

MOSEFT2用于+5VSB，MOSEFT2的道通控制极—栅极连接+5VSB驱动信号。

当系统处于S0/S1状态时，+5V驱动信号为高电平（+5VSB驱动信号是低电平），MOSEFT1导通，+5V经过MOSEFT加到USB接口。

USB电路保护的设计考虑

37２００３．１１／下半月ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎＥＣＮ　ＨＩＧＨＬＩＧＨＴＳＥＣＮ精选１：可以基于成组或单独端口形式进行设计。

２：双模式集线器能够以自带电源或总线供电两种模式进行工作。

表１ＵＳＢ器件的电路保护与电源切换要求在ＵＳＢ的功耗管理方面，ＵＳＢ备电流限流和／或电源切换功能。

开关可以用作过流保护措施。

在出现故障的情况下，而且有助于系统的安全性达到ＵＬ标准。

ＰＰＴＣ器件与熔断器类似之处，路不受过大电流的损伤。

它们与熔断器的区别在于：路电源被切断、故障排除以后，其自身能够复位。

的电源开关器件，其内部除了电源开关功能外，线器、双模式工作集线器和低功耗主控。

它们被用作防浪涌限流器件，同时具备电阻小、限流动作快等特点。

对于功耗受到严格限制的主机来说，这是一种实用的、经济性好的解决方案，在这类主机中，快速的限流响应能在故障条件下进一步减少系统的电压降，而且可通过对电源的开断控制来改善节能特性。

工业规范要求ＵＳＢ规范提出，ＵＳＢ产品需要具备电流限流或电源切换能力，有时甚至需要同时具备这两种能力（表１）。

需要限流功能的产品，其必须满足ＵＬ　６０９５０规范的要求。

这意味着一旦出现短路或者其他故障的话，必须在６０ｓ内将电流输出限制到５Ａ以下。

ＵＳＢ规范还定义了可接受的电压输出水平，对系统的总压降也作出了限制。

保护性电源开关技术ＵＳＢ电源总线上所用的保护性电源开关器件，是硅要经历两个步骤。

器件在数微秒内先“跳开”，把电流限制到一个预定的范围之内，该范围高于通常的工作电流；然后器件向控制器发出出现故障的信号。

然后控制器切换电源开关使能引脚的状态，从而将端口关闭。

如果控制器不作出响应，电源开关就不断开启和关闭端口，以防止内部因过热而受损。

关键性的器件参数ＵＳＢ应用中涉及的关键性器件参数包括：开关电阻、连续输出电流、跳脱动作时间（ｔｉｍｅ－ｔｏ－ｔｒｉｐ）、限流设定点、故障标志发出延迟（ｆａｕｌｔ　ｆｌａｇ　ｄｅｌａｙ）、限流释放点和跳脱点电流消耗（ｔｒｉｐｐｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｒａｗ）。

USB3.0系统的ESD防护设计方案

USB3.0系统的ESD防护设计方案目前，USB2.0是最普遍的通用外部数据接口之一，且事实上已成为便携式电脑、上网本和台式机等所有计算机系统的标配接口。

此外，诸如便携式摄像机、数码相机、MP3播放器、电子游戏机、DVD蓝光播放器和电视机，以及手机和DSL/路由器等消费电子产品，也广泛采用USB2.0接口。

在市场上，有些系统可提供比USB2.0高速模式480Mbps高得多的数据率。

例如，千兆以太网的速度是其3倍左右，外部串行ATA（eSATA）则可提供3Gbps的数据率（约6倍）。

但所有这些系统均不向下兼容USB2.0接口，因为它们采用的是不同的系统方法。

USB3.0系统设计挑战2008年11月，USB3.0规范发布。

USB3.0不仅包含USB2.0的全部功能（HS、FS和LS），而且可提供名为超高速（SuperSpeed）的单独的全新超高速数据链路。

超高速链路为下载（从主机到设备，被称为发送方向）和上传（从设备到主机，被称为接收方向）提供了单独的差分数据线路。

超高速模式可提供的最高数据率为5Gbps（图1）。

图 1：USB3.0物理链路在主机侧和设备侧带有ESD防护。

为同时支持USB2.0功能和新的超高速模式，电缆必须采用新的结构，以提供三条差分耦合信号线（TX+/Tx-、RX+/Rx-和D+/D-）。

此外，USB3.0电缆还必须具备Vcc线和GND线。

这种低成本的USB3.0电缆所面临的挑战，是需支持很高的截止频率且不会在相邻的差分耦合线对之间形成干扰（图2a）。

图 2a：USB3.0电缆结构。

为支持USB3.0电缆所包含的全部线路，必须强制规定采用一种新的连接器形状。

新的USB3.0连接器的基本要求，是必须向下兼容USB2.0连接器。

从ESD的角度看，这导致标准A连接器的超高速线路很容易发生ESD冲击（在主机侧和设备侧）。

一种强有力的对策是在USB3.0链路中实现有效的ESD防护机制。

图 2a：USB3.0电缆结构。

USB接口技术及电路设计分析

USB接口技术及电路设计分析USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口技术是一种用于连接计算机与外部设备的通信接口标准。

USB接口技术已经成为现代计算机及相关设备的主要接口之一，广泛应用于各种设备，包括鼠标、键盘、打印机、摄像头、存储设备等。

本文将对USB接口技术及其电路设计进行分析，主要包括接口规范、传输速度、电路设计等内容。

一、USB接口规范USB接口技术的发展离不开其规范的标准化。

USB接口规范由USB Implementers Forum（USB实施者论坛）制定，目前最新的USB规范版本为USB 3.2、USB规范定义了USB接口的物理连接、信号传输方式、电气特性等方面的要求，确保了不同厂商的设备能够互相兼容。

二、传输速度USB接口技术支持多种传输速率，包括低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）、高速（480 Mbps）和超高速（5 Gbps及更高）。

不同的设备根据其传输需求可以选择不同的速率。

此外，USB 3.0引入了新的SuperSpeed+规范，提供了超高速传输速率，可达到10 Gbps的传输速度。

三、电路设计1.PHY芯片：USB接口电路设计的核心是PHY芯片（物理层接口芯片），其功能是负责将上层协议层的数据转换为物理层信号，并与外部设备进行通信。

PHY芯片一般包括时钟管理、数据缓冲、电压转换、信号解调等功能模块。

B控制器：USB接口电路设计中的另一个重要组成部分是USB控制器。

USB控制器主要负责管理和控制USB接口的插拔检测、数据传输、电源管理等功能。

USB控制器可以是在主处理器上实现的软件控制器，也可以是独立的硬件控制器。

3.电源管理：USB接口电路设计中的一个重要考虑因素是电源管理。

USB接口可以通过提供电源来为外部设备供电，也可以通过从外部设备接收电源来为设备充电。

为了保证电源的稳定性和可靠性，电路设计中通常需要考虑电源隔离、电源过载保护、稳压电路等。

USB3.O驱动电路方案

为保证PPTC器件功能正常，设计的功率传输线路(布线) 应该能够输送该保护器件电流的两倍，使得线路(布线)本身不会成为熔丝。图1表示一个PPTC器件在电路中的布置，它应该位于电源与旁路电容器之间。将保护器件置于 USB端口与旁路电容器之间的确可以增加更多等效串联电阻(ESR)并限制过流保护器件的效果。
Powered-B插头(受电方，如无线调制解调器)
充电电流 (最高1 A)来自主机控制器设备集成电路
PESD/SESD ESD 抑制器件
功率的返回路径
Powered-B 主机连接器
PESD/SESD ESD 抑制器件
USB3.0设备
USB3.0设备
图5d：从DPWR针脚充电并通过VBUS供电的电池供电设备
miniSMD, nanoSMD, PolySwitch, PolyZen, TE logo和Tyco Electronics均为注册商标。所有信息，包括图示，均认为是可靠的。然而，用户应该为他们的应用独立地评价每一款产品的适用性。泰科电子公司不对信息的准确性或完整性做出保证，并拒绝承担任何有关其用途的责任。泰科电子的唯一责任是依据公司的标准条款和条件销售这种产品，泰科电子决不会对任何附带事件、间接的或因销售、产品转卖、使用或误用而引起的损害负责。此外，泰科电子保留在不影响符合适用规格的条件下随时对材料或工艺进行变更的权力，恕不另行通知。 © 2010泰科电子公司版权所有。RCP0096CN.1210
1端口=最大0.5 A；
4端口=最大2 A
V峰值=16.2 V
图3b：USB 3.0-2端口应用中的典型过压事件
图3b表示USB 3.0应用中的过压情况。这种2端口配置按最高5 V和1.8 A(每个端口0.9 A)额定。在发生过压故障时，如果只连接了一个端口，该端口会在热连接/断开(热插/拔)期间接收全部9 W功率而不是4.5 W。USB 3.0规范解决了过流和过压保护问题，但是由于主机和外设往往

USB电路保护图

车载ECU的安全性能要求很高，在电气、物理、化学等各方面，各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。

一般情况下，车载ECU的外部接口都要有各种故障保护电路，其中最重要的莫过于对车载12V电源或对地发生短路时的保护电路。

由于USB接口可以直接输出5伏电源，所以短路保护显得尤为重要。

本文设计的保护电路可以实现对USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对12V电源还是对地短路，均不影响车载ECU内部电路的正常工作，实现了本质安全级的短路保护。

1、前言为了保证行车安全，车载ECU的安全性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。

作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口，USB（Universal Serial Bus）具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。

因为USB接口提供了内置电源，可提供500mA以上的电流，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1A以上。

如果车载ECU上带有像USB总线这种可以直接输出电源的接口，为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体，其接口部分通常都应具有保护电路，以便执行故障自诊断和保护功能。

当系统产生故障时，它能在存储体中自动记录故障代码并采用保护措施，防止系统损坏，避免引起安全事故。

2、电路设计利用比较器并结合外围电路，本文设计了一种可以自动探测USB电源输出线是否发了对12V电源或地短路，并且可以在短路故障发生时自动切断电源供应的保护电路。

另外，如果探测到联接设备不在支持的USB设备之列，系统也可以借助本电路主动断开电源供应，并自动根据设备的连接状态实现对电源供应的控制。

具体电路如图1所示。

图1 USB VBUS短路保护电路图中MN1和MN2是USB电源通道上的两个MOSFET，用于控制5伏电源的输出，它们的G端都连接到比较器的输出端上。

比较器的正端电位值受3.3伏和VBUS共同影响，负端电位值由Umid通过电阻分压来决定，Umid的值总是与VCC5V和VBUS中的大者相同。

USB外设的电源设计

USB外设的电源设计USB（Universal Serial Bus）外设的电源设计需要考虑以下几个方面：电源供应、电源管理、电源保护等，下面将对这些方面进行详细介绍。

一、电源供应B总线供电：USB外设可以通过连接到计算机的USB接口来获取电源供应。

根据USB规范，每个USB接口的标准供电电流为500mA，即最大功率为2.5W。

因此，设计USB外设时需要确保其功耗在规定范围内，以避免对主机和其他设备造成供电不足的影响。

2.外部电源供应：如果USB外设的功耗超过了USB接口的供电能力，或者想要更加稳定和可靠的电源供应，可以考虑采用外部电源供应方式。

这种方式可以通过USB接口上的5V和GND引脚，连接外部电源适配器或电池。

设计时需要注意外部电源的电压和电流要符合USB规范，并采取电源滤波、稳压等措施来确保电源的质量和稳定性。

二、电源管理1.电源模式管理：USB外设在不同的工作状态下对电源的需求是不同的，设计时可以采用电源模式管理来实现功耗的优化。

例如，在设备处于空闲状态时可以进入低功耗模式，以减少能耗。

2.电源控制：为了进一步节省能耗，设计时可以对外设中的不同部分进行功率管理。

通过在合适的时候关闭或者降低一些模块的工作电压或频率，可以有效地减少功耗。

三、电源保护1.过压保护：设计时需要加入过压保护电路，以防止输入电压过高对外设造成损害。

可以采用过压保护芯片或者稳压芯片来监测和控制输入电压的范围。

2.过流保护：USB接口的标准供电电流为500mA，为了防止外设的过载，设计时需要考虑加入过流保护电路。

可以采用不同方案，如熔断、过流保护芯片等来实现过流保护。

3.短路保护：设计时还需要考虑加入短路保护电路，以防止外设出现短路情况时对电源或其他设备造成损害。

可以通过检测输出电流来判断是否发生短路，并及时切断电源。

4.温度保护：为了防止外设因过热而损坏，设计时可以加入温度传感器和保护电路，一旦温度超过设定阈值，及时采取措施来降低温度或者停止工作。

USB2.0接口EMC设计方案

USB2.0接口EMC设计方案一、接口概述USB 通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go （ OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。

USB接口的电磁兼容性能关系到设备稳定行与数据传输的准确性，赛盛技术应用电磁兼容设计平台（EDP）软件从接口原理图、结构设计，线缆设计三个方面来设计USB2.0接口的EMC设计方案二、接口电路原理图的EMC设计本方案由电磁兼容设计平台（EDP）软件自动生成1. USB2.0接口防静电设计图1 USB 2.0接口防静电设计接口电路设计概述：本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC 问题。

电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：L1为共模滤波电感，用于滤除差分信号上的共模干扰；L2为滤波磁珠，用于滤除为电源上的干扰；C1、C2为电源滤波电容，滤除电源上的干扰。

L1共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz ~120Ω/100MHz，典型值选取90Ω/100MHz；L2磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz ~1000Ω/100MHz，典型值选取600Ω/100MHz ；磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求，磁珠推荐使用电源用磁珠；C1、C2两个电容在取值时要相差100倍，典型值为10uF、0.1uF；小电容用滤除电源上的高频干扰，大电容用于滤除电源线上的纹波干扰；C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；（2）电路防护设计要点D1、D2和D3组成USB接口防护电路，能快速泄放静电干扰，防止在热拔插过程中产生的大量干扰能量对电路进行冲击，导致内部电路工作异常。

D1、D2、D3选用TVS，TVS反向关断电压为5V；TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响，USB2.0的TVS结电容要求小于5pF。

usb hub电路设计要点 -回复

usb hub电路设计要点-回复USB hub电路设计要点引言：USB hub是一种常见且广泛使用的电子设备，它可以将一个USB接口扩展成多个USB接口，方便用户同时连接多个USB设备。

在设计USB hub 电路时，需要考虑一系列因素，包括电源管理、信号传输和保护等方面。

本文将一步一步回答有关USB hub电路设计要注意的要点。

第一步：选择适当的电源管理方案在设计USB hub电路时，电源管理是至关重要的一步。

它包括选择适当的电源芯片以及设计合适的电源线路。

首先，我们需要选择一款符合USB hub的功耗需求的电源芯片。

这款电源芯片应具备过载保护、短路保护等功能，以确保USB hub在使用过程中不受电流过大或短路等问题的干扰。

此外，在设计电源线路时，我们需要确定合适的供电方案。

USB hub通常通过USB接口从计算机或其他设备获取电源。

我们需要确保供电线路能够稳定地为USB hub提供所需的电流和电压，以保证其正常工作。

在设计电源线路时，还应注意使用合适的过滤电容和稳压电源，以减少电源噪声对USB hub的影响。

第二步：信号传输设计要点除了电源管理，信号传输是USB hub设计中的重点之一。

在设计USB hub 电路时，需要考虑如下几个关键因素。

首先，我们需要选择合适的USB控制器芯片。

这个芯片不仅要能够处理多个USB设备的连接请求，还应具备数据缓冲、分配和路由等功能。

同时，为了确保数据传输的速度和稳定性，我们需要选择高质量的USB控制器芯片。

其次，在USB hub电路中，信号传输线路的设计也非常重要。

我们需要合理设计差分信号线和地线的路径，以尽可能减少信号线的串扰和电磁干扰，确保数据传输的可靠性。

此外，合理选择合适的长度和宽度也对信号传输起到积极的作用。

第三步：保护电路的设计要点在USB hub电路设计中，保护电路也是不可忽视的一部分。

保护电路可以保证USB hub在面对异常情况时能够及时反应和保护自身。

USB充电器和便携式设备保护电路

线器或ＵＢ充电器连接后，便携式设备计提供简单、成本效益高的保护方案。Ｓ要检测ＶＵＢＳ上的电压，携设备必须确ＵＢ充电必须在每个端口可靠地支持便Ｓ定它连接的是什么，适当限制电流。并１５的最小稳态电流，在故障情况下将Ａ并新标准大大提高了允许流向ＵＢ设最大电流限制在５以下，持续６ｓ的时ＳＡ０
备的电流总值（大额定电流达１５，最Ａ）取间。代了ＵＢ．Ｓ１０和２Ｏ的Ｏ５．Ａ。这种大电流保护主机／集线器充电器应用需要更加可靠和稳健的保护电路来对于主机／线器充电器正常使用状集
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图２专用ＵＳ充电器的过流保护方案Ｂ
防止因过压瞬变和过流情况而导致设备态下，便携设备不会让电压下降到２Ｏ．Ｖ
受损。以下。它必须在慢速或全速充电时将来自过压瞬变一般是由ＥＤ（电放电）主机／线器充电器的电流限制在１５，Ｓ静集．Ａ引起的，它既可能在电力线路上发生，也在快速充电时将电流限制在０９．Ａ。低成本方案使用

USB3.0的综合电路保护方案

USB3.0的综合电路保护方案USB3.0协议（或“SuperSpeed USB”）被开发用于提供更高的数据传输速率，并通过支持每个端口上的更高电流水平提高供电能力。

它包含新的电源管理功能，以及可向后兼容USB 2.0设备的新电缆和连接器。

最显著的变化是，4条附加的铜数据线被平行地增加到现有的USB 2.0总线中（如图1所示）。

这些附加的铜数据线被用来传输超高速数据，但也会传输ESD（静电放电）和其它有害的瞬态电压。

USB 3.0增加的电流和供电能力意味着需要新的电路保护方案。

经过改进的电路保护方法可以帮助保护USB 3.0应用免受过流、过压及ESD瞬态电压带来的损害。

过流保护USB 3.0通过两个部件提供电源：一个标准的主机（A型连接器）以及一种新型供电设备（Powered-B连接器）。

最新SuperSpeed规范提高了可供给USB设备的电流总量（从0.5A提高到0.9A）。

新的Powered-B连接器允许一个USB设备以高达1.0A的电流给另一设备充电。

由于过流状态会影响电源总线，所有的电源（如主机、集线器和Powered-B设备）都必须提供过流保护。

过流保护也是UL60950标准所要求的。

与USB 2.0类似，所有类型的USB 3.0主机必须提供电源。

USB 3.0的单个单元负载重定义为150mA，比USB 2.0的100mA略有增加。

现在，一个USB 3.0主机必须能够每端口支持多达6个单元（900mA）。

此外，USB 3.0集线器可能不再需要总线供电了。

所有USB 3.0集线器现在必须每个端口都能够支持900mA的电流。

此外，支持USB充电和USB 3.0的系统需要能承受更高电流的过流保护器件。

USB充电器规范采用与USB 2.0相同的引脚配置，但允许更高的电流（每端口高达1.5A）。

最后，USB 3.0定义了一种新的Powered-B连接器，其主要的好处是更好的便携性。

Powered-B连接器允许去除USB电缆和额外的电源。

USB2.0标准保护电路设计指南_图文(精)

Application Note The Protection of USB 2.0 Applications Order Code 824 015 Competitor S 824 001 Competitor P I/O VRWM VCl,IO VCl,VDD VESD CIN IPP Package SOT23-6L SOT23-6L SOT23-6L SOT23-6L I/O 4 4 4 4 VRWM 5 5 5 5 V Cl,IO 12 22 14 28 VCl,VDD 7,5 15,5 9 19 VESD 12 kV 15 kV 8 kV 8 kV C IN 2 pF 3 pF 1 pF 3 pF IPP 12 A 12 A 5A 6A Number of I/O lines the TVS-Diode can protect Max. reverse working voltage ESD clamping voltage at I/O pin (IEC 61000-4-2, contact mode at 6kV ESD clamping voltage at VDD pin (IEC 61000-4-2, contact mode at 6kV Max. withstanding ESD pulse (IEC 61000-4-2, contact mode Input capacitance at I/O pin via. GND (VIN = 2,5V, VDD=5V Max. Withstanding surge current (8/20µs TLP Curve of different parts for VDD TLP Curve of different parts for I/O lines Recommended Layout for Single Single USB Port The two differential signal lines (D+ and D- are routed from connector to TVS-Diode (p/n 824 011 and via a common mode choke (p/n 744 232 090 to the USB controller as shown on the left picture below. This results in an awesome ESD protection and EMI suppression of both data lines. VBUS is routed like the signal line, but instead of the common mode choke a chip bead ferrite (p/n 742 792 641 is used.After the chip bead you may add a capacitor and a second chip bead as well to get the highest possible EMI suppression effect. For very sensible IC’s and / or high reliable applications you can get an optimized ESD suppression effect if you double contact a four-fold TVS array (p/n 824 015 like shown on right picture. JB, 2009-06-23 Page 6 of 9Application Note The Protection of USB 2.0 Applications Protection of single USB port Double protection of single USB port Designers preferring single channel components can also use the ESD Suppressors WE-VE. The connection has to be carried out from D+ / D- to GND. The other parts are connected in same way as above. Protection of single USB port Recommended Layout for Double USB Port According to single USB port protection the routing is very similar. Use here exactly the same parts as for single port protection and the protection level will also be the same. Protection of double USB port JB, 2009-06-23 Page 7 of 9Application Note The Protection of USB 2.0 Applications Bill of Material: Material: In this application note the following parts are used TVS-Diodes WE-TVS: 824 011: 824 015: Protection of 2 I&O lines and VDD line: Size SOT23-5L | 2pF CI/O | 5V VRWM | 5A IPP Protection of 4 I&O lines and VDD line: Size SOT23-6L | 2pF CI/O | 5V VRWM | 5A IPP ESD Suppressors WE-VE: 823 07 050 029: 823 06 050 029: Size 0402 | 0.2pF Ctyp | 5V VRWM | 17V VCL Size 0603 | 0.2pF Ctyp | 5V VRWM | 30V VCL Common Mode Chokes WE-CNSW: 744 232 090: Size 1206 | 370mA IDC | 300 mΩ RDC | 90Ω Impedance Chip Bead Ferrites WE-CBF: 742 792 641: Size 0603 | 2 000mA IDC | 150mΩ RDC | 300Ω Impedance USB-Connectors WR-COM: 614 008 260 21: 614 004 135 023: USB Typ A Connector | THT | Dual stacked USB Typ A Connector | THT | Vertical JB, 2009-06-23 Page 8 of 9Application Note The Protection of USB 2.0 Applications Interface Design Kit For an easy design of interfaces Würth Elektronik has launched a special Interface Design Kit. This design kit includes a design guide for USB 1.0 to USB 2.0, CAN, Ethernet, VGA, DVI, RS232 and RS485 interfaces and all the components used. These are ESDSuppressors, SMD Common Mode Chokes, Chip Bead Ferrites, LAN Transformers and the corresponding Connectors. In total are 35 different passive components with 235 parts and 4 evaluations boards in. The colour scheme makes it easy to locate the suitable parts for your application. Just follow the specific application colour and arrange your needed parts. For each application you find a simple block schematic where you see how to place the different components to get the best result. Try it - it’s worth each penny pen ny!! ny !! JB, 2009-06-23 Page 9 of 9。

usb ESD保护电路

USB 3.0端口的ESD保护方案无处不在的通用串行总线(USB)接口即将迎接又一次换代，以便紧跟连接带宽需求不断增长的步伐。

USB3.0或所谓“超高速USB”预计将在传输速度、电源管理和灵活性方面向前跨越一大步。

USB 3.0的开发方向包括提供更高的传输率、提高最大总线功率和设备电流、提供全新的电源管理功能以及向下兼容USB2.0的新型电缆和连接器。

而最显著的变化是新增了一条与现有USB 2.0总线并行的物理总线，见图1。

USB 3.0电流传输能力的提高强化了对全新电路保护方案的需求。

一种协同电路保护手段将有助于在USB 3.0应用中防止因过流、过压和ESD(静电放电)瞬态而受损。

过流保护USB 3.0通过两类器件供电：标准主控设备(A型连接器)和新型供电设备(Powered-B连接器)。

新的SuperSpeed规范提高了流向USB设备的电流大小-从最大额定电流0.5 A提高至0.9 A。

Powered-B连接器可以通过从两个额外连接器输送最高1.0 A的电流来对设备充电。

由于过流条件会影响电源总线，因此所有功率源(如主机和集线器)都需要进行过流保护。

新型Powered-B连接器的主要优势在于改善了便携性、方便性和功率效率。

通过增加两个额外触点，新型连接器可以让一种电子设备为另一种电子设备提供高达1000 mA的电流。

比如，打印机可以为一台无线适配器供电，这样就不再需要连接有线网络。

与USB 2.0类似，各型USB 3.0连接器都具备供电能力。

USB3.0的单装置负载从USB 2的100 mA提高至150 mA。

一台电子设备最多可以拖动6台装置(标准连接器和微型连接器每端口最高900mA)。

标准USB 2.0连接器应用在USB 3.0中仍然不变。

然而，尽管USB2.0集线器可以通过总线供电，但USB 3.0将不会提供这种选择，而只能通过自有电源供电。

由于需要一个插孔端口对USB 3.0集线器应用中的所有连接器供电，因此该插孔上需要使用电路保护器件防止因过压事件受损，这类事件可能有非稳压电源、逆向电压或电压瞬态。

USB电路端口抗干扰保护设计方案

USB电路保护设计方案作者：Adrian Mikolajczak PPTC（聚正温度系数）装置是对电脑及有关装置提供电流过载保护的一种既可靠又经济的解决方案。

由于这种装置设有各种尺寸和功率范围，让电路设计者可以选择最合适的款式以满足电路设计和USB规范的需求。

现时的USB技术使得各种能够自行识别的外部设备与电脑联接，并自行装载驱动程序以运行新的装置。

而一般即插即用装置，需要有电源的USB接口进行数据传输并提供电源。

当发生短路或连接了受损设备时，如受损的电缆或联接头插入USB接口时，必须对USB集线器及主机装置提供有效保护。

由于这种情况在PC或集线器的使用过程中经常发生，U SB规范中要求对装置进行可复式电流过载保护，特别指出"PPTCs"是理想的保护技术。

USB装置可归类为向USB提供额外联接点的集线器，或是为系统提供其它功能的功能模块（例如数控操纵杆）。

集线器装置还可进一步分为总线供电和自供电两种。

总线供电集线器从USB连接头的电源插脚取得所有内部功能模块和后续接口所需的电源。

集线器从前级的装置中可获取高达500毫安的电流。

而有源总线集线器的外接口每个可获得高达100毫安电流，最多可有4个外接口。

自供电集线器用于内部功能和后续接口的电源并不是来自USB接口，尽管前级的USB 接口能够提供100mA的电流并使得当集线器发生断电时，界面仍然能够正常运行。

集线器必须能够为所有後级联接上提供高达500毫安电流。

USB规范对电流过载保护的要求如下：* 为安全起见，主机和自供电集线器必须提供电流过载保护。

* 集线器必须设有对电流过载检测并且能够将检测结果传达给USB软件。

* 如果由于一批后续接口取电而导致整体电流超过预设定值，电流过载保护电路必须要能够消除或减少所有受影响的后续接口的电源。

* 电流过载跳闸点不能超过5.0安培，而且必须高於最大允许的接口电流，使得瞬间电流(例如，电源打开或动态联接或重新配置时)不会导致电流过载保护器跳闸。