避免汽车USB电路电池短路故障措施（转）

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避免汽车USB电路电池短路故障措施（转） [复制链接]

      说到互联驾驶信息娱乐系统，不得不提USB。如今，USB接口作为信息娱乐架构的基本要素，逐渐接受更严格的保护要求，其中需要防止组装、制造或维护过程中车辆用蓄电池发生短路。

      TI今天要为工程们贡献的秘籍就是关于如何防止汽车USB电路电池短路故障！

       本系列将由两部分组成，在第一部分中，将举例说明，防止USB电路电池短路故障的最佳途径。而在第二部分（下期微信）中，将延伸说明优化您的汽车USB防电池短路设计的最佳途径。
TI 标准性能模拟和逻辑高级副总裁 Niels Anderskouv认为未来汽车发展主要呈现三个趋势：1. 互联驾驶迅速发展，车载娱乐信息解决方案将家中和行驶途中的生活连接起来；2. 无人驾驶技术进步，让驾驶更加安全；3. 排放进一步减少，电动汽车和混合电动汽车发展速度非常快，对电子解决方案的需求越来越多。
当设计防电池短路USB 时，始终牢记三个主要方面：
保护解决方案的带宽。
钳位电压和响应时间行为。
过流和短对地特性。

过去，不可能找到一个可解决所有三个方面的USB 2.0防电池短路解决方案，但TI新型防电池短路保护设备的TPD3S714-Q1系列可以帮助解决这些常见问题。
带宽
信号完整性是设计工程师在汽车USB应用中遇到的最大挑战之一。由于USB 2.0支持高达480Mbps的数据传输速率，添加到电线的任何少量电容都会扭曲信号，造成数据传输失败。这会让设计师在寻找解决方案时的任务变得复杂，不仅要防止灵敏电子产品受到高电压和电流尖峰影响，同时要保持最佳的信号完整性。

TPD3S714-Q1是用于USB连接器的VBUS和数据线防电池短路、短路和静电放电（ESD）的单芯片解决方案。集成的数据交换为最小的信号衰减提供了两倍高的带宽，同时提供高达18V的防电池短路保护。图1是插入损耗图，突出采用1GHz-3dB带宽的高速数据交换。

您可使用眼图分析线路电容对带宽的影响。测量最小和最大电压电平以及抖动可能暴露USB数据线传输中的任何问题。高1GHz带宽允许USB 2.0高速应用。高于720MHz带宽的少量裕量也有助于在汽车USB环境中维持常见的带长系留索的清晰USB 2.0眼图。图2为USB 2.0眼图的一个示例。

钳位电压和响应时间
尽管选择保护解决方案时，带宽是需记住的最重要的特征之一，但您还必须确保钳位电压足够低，以保护下游电路出现任何电池短路或ESD事件。此外，您应设计具有快速关断时间的过电压场效应晶体管（FET），以迅速保护上游片上系统（SoC）免受有害电压和电流尖峰（SoC）的影响。

防电池短路保护将系统内部电路与在VBUS、D +和D-引脚处出现的任何过压条件隔离开。这些引脚上，TPD3S714-Q1可为热插拔和DC事件处理高达18V的过电压。过压保护电路提供业内最可靠的防电池短路隔离，帮助提高系统级的保护。图3所示为短路至18V故障期间其5V钳位电压，强调了数据通道上200ns的超快响应时间。

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过流和短对地
        选择不良的过电流保护电路会障碍产品快速上市。过流事件期间，流经系统侧的显著电流量可能导致上游5V轨掉电或断电，并潜在降低或重置多个连接到共享导轨的集成电路（IC）。过电流保护装置的目的是限制比如一个短对地的情形下USB端口可汲取的电流量。此外，USB 2.0规范要求在任何USB供电设计中使用过电流保护装置。


图4描述一个系统电压降到小于200mV的短对地事件，保持共享5V轨的稳定，并恰当隔离故障。TPD3S714-Q1集成了一个精确的高达0.5A的电流限制负荷开关，自动限制过流事件期间的电流。内部FET开关阻止过量电流流经上游设备，防止系统侧复位。
图4：TPD3S714-Q1 VBUS短对地响应波形
      记住——寻找一个USB 2.0防电池短路解决方案时，始终牢记保护设备的带宽、钳位电压和响应时间，以及过流和短对地特性。考虑到这些关键领域可让原始设备制造商OEM更容易实现目标并缩短上市时间。
相关参考设计

具有电池短路保护功能的双端口汽车类 USB 2.0 集线器

      该设计是双端口 USB 2.0 集线器，能够在两个下游端口承受短暂的高达 18V 直流，并具有针对过流情况和接地短路的级别 4 IEC 61000-4-2 ESD 保护。由集成保护器件 TPD3S714-Q1 提供该保护。凭借两个下游端口上的电池短路 (STB) 保护、短路保护和固定电流限制负载开关，可使 TUSB4020BI USB 2.0 集线器与过压和过流情况相隔离，从而免受其损害。下游端口 1 包含一个用于应用 18V 直流的 STB 测试仿真器，以及两个 TPD3S714-Q1，用于保护集线器和外设，以便轻松演示 USB STB 保护功能。

特性
功能齐全的 USB 集线器，在下游端口 1 上具有内置电池短路测试仿真器
VBUS、DP/DM 上的电池短路保护（高达 18V）
过流保护电流限制：550mA
VBUS、DP/DM 上的 IEC 61000-4-2（级别 4）系统级 ESD 保护
VBUS 上的接地短路保护

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成就一套好的电气(电子)产品，从电源开始