
只要問“度娘”,就會知道現在USB Type-C有多火。支持單通道10Gbps的傳輸速率、高達100W的功率傳輸能力、兼具數據和視頻傳輸能力、無方向的正反插結構——這些特性讓USB Type-C堪稱史上最“強”的接口。據IEK的估計,2019年USB Type-C產品的出貨量將達到50億。
在驚艷于USB Type-C的強大之余,如果你想設計出禁得住用戶推敲的產品,還需要在元器件選型時多關注一些設計細節。所謂“細節決定成敗”,這會讓最終你的BOM清單更漂亮。
細節一:靜態電流
待機功耗是衡量電子產品的重要指標,它主要是由產品中芯片等有源器件待機休眠時的靜態電流決定的。在以往的USB產品中,大家對這個指標并不敏感,但到了USB Type-C時代故事發生了變化。
這是因為Type-C系統的電路更為復雜,這也就意味著要消耗更多的電能。比如Type-C為了更為“智能”,專門配置了CC通道,用于檢測插頭的方向,還擔負著USB PD功率傳輸的協議通信職能。實現這些功能Type-C控制器芯片需要更強大的MCU內核支持,可是這句話的潛臺詞是“也會消耗更高的靜態電流”——毫安級的靜態電流。好消息是芯片廠商已經意識到了這個問題,比如TI的Type-C 控制器TPS25810在沒有器件連接時的靜態電流典型值可低至0.7µA。
隨著各國能源標準日益嚴苛,開發者對各個器件的功耗可謂是錙銖必較,如果沒有選對USB Type-C的控制芯片,可能會給你帶來額外的麻煩。所以在看Datasheet時,這個細節一定要注意。
細節二:電路保護
缺乏經驗的開發者在設計產品時,往往容易執著于功能性而忽視了可靠性,這實際上會影響到產品的“容錯”能力,進而影響到用戶體驗甚至是安全。具體到USB Type-C,熱插拔、短路、用戶誤操作、故障設備以及ESD等引發的問題,都需要有效的電路保護措施來化解。
一般來說電路保護包括過流保護和過壓保護。具體到Type-C保護電路的設計,會有一些特殊的約束條件,比如說更高的集成度。以過壓保護為例,USB Type-C為了實現無方向正反插,在物理結構上設計了兩排對稱的引線,這使得需要過壓保護的數據通道達到16條,包括四組10Gbps高速數據收發通道(SSRX+/ SSRX -,SSTX+/ SSTX -)、兩組480Mbps USB 2.0數據通道(D+/D-),以及兩組USB-PD協議通信的專用通道(CC+/CC-)。圖1是Bourns公司的過壓保護方案,整個方案只用到了兩個6通道TVS陣列(CDDFN10-0516P)和一個4 通道 TVS陣列(CDDFN10-0524P),可見選擇小型化、高集成的器件是“王道”。
圖1,Bourns公司利用高集成度的TVS陣列實現USB Type-C的過壓保護。
此外,伴隨Type-C應用擴展的還有“過溫保護”這個新名詞。由于Type-C的體積小而承載的功率卻高達100W,所以一旦電纜接口端有灰塵、汗液、水等異物污染,很容易造成內阻的增加,進而引發過熱甚至是發煙、失火。這讓過溫保護變得十分必要,比如NXP用于Type-C的負載開關器件中就集成了過溫保護的功能。Bourns則提供了兩種方案:一種是采用mini-Breaker 控溫器件,作為一個可恢復器件,其在溫度過高時觸發,而在電源被切斷或溫度回到安全水平時自恢復;另一種是溫度觸發的可恢復保險絲P-TCO方案,其特點是體積更小,成本更低。隨著相關安規的完善,了解更多過溫保護器件的知識,會成為USB Type-C產品開發者的必修課。
細節三:連接器
不要認為連接器的選擇與那些關鍵的芯片相比“無關痛癢”,往往這些貌似“邊緣”的部件會讓你在距離“完美”終點只剩一米時倒下。在用戶面前,高品質的連接器未必會給你帶來更多加分,而品質不佳的連接器給用戶體驗造成的傷害,則會抹殺掉你之前所有的積分。
表1中以Foxconn高品質的連接器為例,對比了其與普通連接器的差異,以及它可以帶給用戶什么樣的體驗。在BOM中給連接器多留一些可以盤桓的空間,事實將會證明是值得的。
表1,高品質連接器與普通連接器比對 |