【導讀】種種跡象表明，USB Type-C市場將在2016年進入爆發(fā)期。以往的電子產(chǎn)品背面和側(cè)面，都不免會擁擠著各式各樣的接口。在電子產(chǎn)品日益追求小型化的今天，通過一個接口去接駁各種類型的外設，讓產(chǎn)品設計更為簡潔、輕薄，是開發(fā)者和用戶共同的夢想。USB Type-C就扮演著這樣一個角色。
從性能上看，USB Type-C幾乎是“萬能”的。在數(shù)據(jù)傳輸方面，它支持USB 3.1規(guī)范，每個通道的數(shù)據(jù)帶寬可達到10Gbps；同時它也是電子設備的功率傳輸接口，基于最新的USB-PD協(xié)議，經(jīng)由USB Type-C可傳輸最高100W的功率；此外，USB Type-C同時支持數(shù)據(jù)和音視頻信號的傳輸，堪稱多面手；最后，在物理結構上USB Type-C支持無方向的正反插，身材也更纖細，讓用戶體驗又上了一個臺階。由此可以看出，USB-IF為這次產(chǎn)品標準的升級做足了準備，其“野心”可見一斑。
不過在談論USB Type-C的種種“美好”之時，其產(chǎn)品可靠性的問題也不容忽視，使用中由于熱插拔、短路、ESD、故障設備和用戶誤操作引發(fā)的風險，需要有可靠的電路保護措施來化解。否則，在用戶挑剔的眼光中，再宏大的“野心”也不免會碎成一地。
圖1：USB Type-C的接口功能定義，從結構上實現(xiàn)了無方向正反插
通常意義上的電路保護包括過流保護和過壓保護。USB Type-C的過流保護有四種不同的設計架構。第一種是直接采用集成了功率開關的PD控制器IC，這種方案的集成度較高，性能也最好，但是成本也比較高。第二種成本比較低的是“PD控制器+電流感應電路”的方案，但性能受限。其他兩種“PD控制器+外置功率開關”的方案和 “PD控制器+MOSFET+PTC”的方案成本適中，其中后者是Bourns公司特有的方案，可以實現(xiàn)最佳的性價比，并且在5-20V的電壓范圍內(nèi)有多種型號供開發(fā)者選擇。
圖2：四種USB Type-C過流保護方案設計架構
USB Type-C的過壓保護方面是通過TVS來實現(xiàn)的。由于USB Type-C正反插無方向的結構，其具有上下兩組對稱的接口，每組包括兩組10Gbps高速數(shù)據(jù)收發(fā)通道（SSRX+/SSRX -，SSTX+/SSTX -）、一組兼容以前USB標準的480Mbps數(shù)據(jù)通道（D+/D-）和一組進行USB-PD協(xié)議通信的專用通道（CC+/-），所以需要保護的通道數(shù)量也較以往的USB接口更多，這就需要TVS陣列出場了。為此電路保護元器件廠商推出了小型化、高集成的方案。比如Bourns的方案， 利用兩個6通道TVS陣CDDFN10-0516P列和一個4 通道TVS陣列CDDFN10-0524P，只需三顆器件就完成了USB Type-C的過壓保護。
圖3：Bourns公司USB Type-C過壓保護方案
而隨著USB Type-C應用的推廣，除了過壓和過流保護，新的保護需求也逐漸被發(fā)現(xiàn)，比如過溫保護。由于USB Type-C的體積小，引腳間距小，又要承載最高100W的功率，所以一旦電纜接口端有異物污染，很容易造成內(nèi)阻的增加，進而引發(fā)過熱甚至是煙火危險。所以在線纜端加入過溫保護的必要性逐漸被人們所認識，日本的MCPC(Mobile Computing Promotion Consortium)已經(jīng)有涉及到過溫保護的條款，相信未來歐美及中國市場也會跟進。
在USB Type-C過溫保護方面，一些創(chuàng)新性的產(chǎn)品和方案也正在逐漸進入人們的視野。較早期便涉足Type-C領域的區(qū)域代理商世健公司產(chǎn)品經(jīng)理表示，Bourns公司在過溫保護方面經(jīng)驗豐富，其提出的兩種解決方案都頗具競爭優(yōu)勢：一種是采用mini-Breaker 控溫器件，它是一個可恢復器件，在溫度異常（過高）時觸發(fā)，而在電源被切斷或溫度回到安全水平時自恢復；另一種采用P-TCO的方案，P-TCO是溫度觸發(fā)的可恢復保險絲，與mini-Breaker相比體積更小，且在成本上也更有競爭力。這兩種方案各具特色，可為不同應用需求的開發(fā)者提供更多差異化的空間。
圖4：采用P-TCO的USB Type-C過溫保護實例，紅色矩形標注處為P-TCO
為了讓上述保護方案能夠與USB Type-C整體解決方案更緊密地配合，世健針對市場需求研發(fā)了一系列完整解決方案，其中包括整合了Cypress 集成PD協(xié)議的USB Type-C控制器、MPS高能效電源，以及Bourns ESD電路保護器件為一體的完整方案。該方案可以讓開發(fā)者獲得一份高性價比的BOM清單，也讓產(chǎn)品開發(fā)更為便捷。世健公司進一步介紹說，根據(jù)客戶的反饋，這一集成了業(yè)界領先芯片的方案具有非常出色的穩(wěn)定性和可靠性，可以廣泛用于Type-C Dongle、電源適配器、專用eMark電纜等產(chǎn)品中，特別是在中高端產(chǎn)品中有很強的競爭力。
總之，隨著USB Type-C商用進程的加速，其強大的功能會逐漸顯現(xiàn)出來，各種創(chuàng)意產(chǎn)品也會層出不窮。用戶在享受USB Type-C強大的功能性的同時，也會兼顧可靠性和安全性，這是電路保護器件廠商的一次難得的商機。
