TPD8S300A：USB Type - C端口保護(hù)的理想選擇

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，USB Type - C端口的保護(hù)至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）推出的TPD8S300A USB Type - C端口保護(hù)器，看看它如何為設(shè)備提供可靠的保護(hù)。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的過(guò)壓與ESD保護(hù)能力

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

2. CC引腳的出色性能

CC1和CC2過(guò)壓保護(hù)FET可處理最高600mA的電流，能夠支持 $CONN$ 電源電流通過(guò)。這對(duì)于需要通過(guò)CC引腳提供電源的應(yīng)用場(chǎng)景，如支持VCONN功能的設(shè)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(dòng)設(shè)備中的死電池用例。當(dāng)設(shè)備電池沒(méi)電時(shí)，依然能夠通過(guò)USB Type - C接口進(jìn)行充電，為用戶提供了極大的便利。

4. 相比TPD8S300的優(yōu)勢(shì)

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(dǎo)致的連接中斷問(wèn)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(shè)備中應(yīng)用。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

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

三、設(shè)計(jì)考量與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

1. 設(shè)計(jì)需求分析

以一個(gè)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(shí)，CC、SBU和USB2.0引腳還需要IEC系統(tǒng)級(jí)ESD保護(hù)。TPD8S300A正好能夠滿足這些保護(hù)需求，為設(shè)備提供全面的保護(hù)。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• VBIAS電容選擇：VBIAS引腳需要一個(gè)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?yàn)樵赟hort - to - $V_{BUS}$ 事件中，VBIAS引腳可能會(huì)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(shè)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(nèi)置死電池電阻器發(fā)揮作用。同時(shí)，TPD8S300A需要由TPS65982的內(nèi)部LDO供電，以確保在死電池模式下能夠正常工作，實(shí)現(xiàn)100W充電。
• CC線電容：USB PD對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)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(hù)：如果需要在CC或SBU線上添加額外的IEC ESD保護(hù)，應(yīng)使用高壓ESD保護(hù)二極管，其反向耐壓應(yīng)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(shí)，不建議使用深回滯二極管，因?yàn)樵谶@種事件中，深回滯二極管可能會(huì)因觸發(fā)而導(dǎo)致電流持續(xù)導(dǎo)通，最終損壞二極管。
• FLT引腳操作：當(dāng)C_CCx或CSBUx引腳發(fā)生Short - to - $V{BUS}$ 事件時(shí)，F(xiàn)LT引腳會(huì)在20μs（典型值）內(nèi)發(fā)出信號(hào)，通知PD控制器。此時(shí)，建議在PD控制器中強(qiáng)制斷開(kāi)連接，以移除 $V_{BUS}$ 電壓，避免對(duì)其他設(shè)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(shè)計(jì)中未使用，應(yīng)將它們連接到GND，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性。

四、電源與布局建議

1. 電源供應(yīng)

VPWR引腳為T(mén)PD8S300A的所有電路提供電源，建議在VPWR引腳附近放置一個(gè)1μF的去耦電容。如果需要在死電池條件下運(yùn)行USB PD，TPD8S300A應(yīng)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(zhǔn)則

• 旁路電容應(yīng)盡可能靠近 $V{PWR}$ 引腳，ESD保護(hù)電容應(yīng)盡可能靠近 $V{BIAS}$ 引腳，且電容必須連接到堅(jiān)實(shí)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(yīng)盡可能直地布線，盡量減少尖銳彎曲。對(duì)于C_CC1、C_CC2、C_SBU1、C_SBU2、D1、D2、D3和D4引腳，應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)的ESD建議。
• 設(shè)備應(yīng)盡可能靠近連接器放置，以減少ESD事件期間的EMI耦合。同時(shí)，應(yīng)避免將未受保護(hù)的走線靠近TPD8S300A和連接器之間的受保護(hù)走線。
• 受保護(hù)的走線應(yīng)盡可能直，避免在TVS和連接器之間的受保護(hù)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(guò)過(guò)孔連接到D1、D2、D3和D4引腳，最好將走線通過(guò)過(guò)孔連接到有Dx引腳的層，并在該層繼續(xù)走線。

五、總結(jié)

TPD8S300A憑借其出色的過(guò)壓和ESD保護(hù)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(hù)的理想選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)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(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。各位電子工程師在進(jìn)行USB Type - C端口設(shè)計(jì)時(shí)，不妨考慮一下TPD8S300A，相信它會(huì)給你帶來(lái)意想不到的效果。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類似的端口保護(hù)問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。