TPD8S300A：USB Type - C端口保護的理想選擇

在電子設備的設計中，USB Type - C端口的保護至關重要。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）推出的TPD8S300A USB Type - C端口保護器，看看它如何為設備提供可靠的保護。

文件下載：tpd8s300a.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點

1. 強大的過壓與ESD保護能力

TPD8S300A具備4通道 $V_{BUS}$ 短路過壓保護，可針對CC1、CC2、SBU1、SBU2 或 CC1、CC2、DP、DM進行保護，能耐受24V直流電。同時，它還擁有8通道IEC 61000 - 4 - 2 ESD保護，覆蓋CC1、CC2、SBU1、SBU2、DP_T、DM_T、DP_B、DM_B等引腳。這使得設備在面對各種異常電壓和靜電沖擊時，能夠保持穩(wěn)定運行。

2. CC引腳的出色性能

CC1和CC2過壓保護FET可處理最高600mA的電流，能夠支持 $CONN$ 電源電流通過。這對于需要通過CC引腳提供電源的應用場景，如支持VCONN功能的設備，具有重要意義。

3. 集成CC死電池電阻器

該器件集成了CC死電池電阻器，可用于處理移動設備中的死電池用例。當設備電池沒電時，依然能夠通過USB Type - C接口進行充電，為用戶提供了極大的便利。

4. 相比TPD8S300的優(yōu)勢

TPD8S300A在死電池性能方面有顯著提升，并且在IEC 61000 - 4 - 2 ESD沖擊期間，USB Type - C端口能保持連接，避免了因靜電沖擊導致的連接中斷問題。

5. 小巧的封裝

采用3mm × 3mm WQFN封裝，大大節(jié)省了電路板空間，適合在各種小型設備中應用。

二、廣泛的應用領域

TPD8S300A的應用范圍十分廣泛，涵蓋了筆記本電腦、平板電腦、智能手機、監(jiān)視器和電視、擴展塢等眾多設備。這些設備在日常使用中，經(jīng)常會面臨各種復雜的電氣環(huán)境，TPD8S300A的保護功能能夠有效提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。

三、設計考量與應用實現(xiàn)

1. 設計需求分析

以一個全功能USB Type - C DRP端口為例，該端口具備USB - PD、USB2.0、USB3.0、Display Port和100W充電功能。在這種情況下，CC和SBU引腳容易與 $V_{BUS}$ 引腳短路，且需要承受20V直流電。同時，CC、SBU和USB2.0引腳還需要IEC系統(tǒng)級ESD保護。TPD8S300A正好能夠滿足這些保護需求，為設備提供全面的保護。

2. 詳細設計步驟

• VBIAS電容選擇：VBIAS引腳需要一個最低35V DC額定電容，推薦使用50V DC額定電容，如50V、X7R電容。這是因為在Short - to - $V_{BUS}$ 事件中，VBIAS引腳可能會承受較高的電壓，合適的電容能夠保證其在這種情況下不被損壞，并且提高電容的降額性能，從而提升設備的整體性能。
• 死電池操作：如果需要支持死電池充電功能，需要將RPD_G1引腳短接到C_CC1引腳，RPD_G2引腳短接到C_CC2引腳，使TPD8S300A的內置死電池電阻器發(fā)揮作用。同時，TPD8S300A需要由TPS65982的內部LDO供電，以確保在死電池模式下能夠正常工作，實現(xiàn)100W充電。
• CC線電容：USB PD對CC線上的總電容有明確要求，電容值必須在200pF至600pF之間。因此，在設計時需要綜合考慮TPS65982、TPD8S300A和外部電容的電容值，確保滿足這一要求。
• CC和SBU線的額外ESD保護：如果需要在CC或SBU線上添加額外的IEC ESD保護，應使用高壓ESD保護二極管，其反向耐壓應高于21.5V，推薦使用24V反向耐壓的二極管，以避免在Short - to - $V_{BUS}$ 事件中二極管擊穿。同時，不建議使用深回滯二極管，因為在這種事件中，深回滯二極管可能會因觸發(fā)而導致電流持續(xù)導通，最終損壞二極管。
• FLT引腳操作：當C_CCx或CSBUx引腳發(fā)生Short - to - $V{BUS}$ 事件時，F(xiàn)LT引腳會在20μs（典型值）內發(fā)出信號，通知PD控制器。此時，建議在PD控制器中強制斷開連接，以移除 $V_{BUS}$ 電壓，避免對其他設備或線纜造成損壞。
• 未使用引腳的連接：如果RPD_Gx引腳或Dx引腳在設計中未使用，應將它們連接到GND，以確保設備的穩(wěn)定性。

四、電源與布局建議

1. 電源供應

VPWR引腳為TPD8S300A的所有電路提供電源，建議在VPWR引腳附近放置一個1μF的去耦電容。如果需要在死電池條件下運行USB PD，TPD8S300A應與PD控制器共享相同的電源，如共享相同的死電池LDO。

2. 布局準則

• 旁路電容應盡可能靠近 $V{PWR}$ 引腳，ESD保護電容應盡可能靠近 $V{BIAS}$ 引腳，且電容必須連接到堅實的接地，以減少瞬態(tài)事件（如Short - to - $V_{BUS}$ 和ESD沖擊）期間的電壓干擾。
• USB2.0和SBU線應盡可能直地布線，盡量減少尖銳彎曲。對于C_CC1、C_CC2、C_SBU1、C_SBU2、D1、D2、D3和D4引腳，應遵循標準的ESD建議。
• 設備應盡可能靠近連接器放置，以減少ESD事件期間的EMI耦合。同時，應避免將未受保護的走線靠近TPD8S300A和連接器之間的受保護走線。
• 受保護的走線應盡可能直，避免在TVS和連接器之間的受保護走線上出現(xiàn)尖銳角落，可使用最大半徑的圓角。
• 盡量避免從其他層的走線通過過孔連接到D1、D2、D3和D4引腳，最好將走線通過過孔連接到有Dx引腳的層，并在該層繼續(xù)走線。

五、總結

TPD8S300A憑借其出色的過壓和ESD保護能力、集成的死電池電阻器以及小巧的封裝，成為了USB Type - C端口保護的理想選擇。在設計過程中，我們需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇電容、處理死電池操作、控制CC線電容等，并遵循電源和布局建議，以確保設備的可靠性和穩(wěn)定性。各位電子工程師在進行USB Type - C端口設計時，不妨考慮一下TPD8S300A，相信它會給你帶來意想不到的效果。你在實際設計中是否遇到過類似的端口保護問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。