1.前言

在過去幾年中，越來越多的筆記本電腦和智能手機等門戶設(shè)備采用 USB Type-C? 作為接口端口。USB Type-C 連接器是一種全新的 USB 連接器。它具有一組出色的外形、額定功率和數(shù)據(jù)傳輸速度改進。除了它的萬兆每秒（Gbps）帶寬和交替模式視頻功能之外，還有兩個非常有價值的優(yōu)點：可正反插的插頭和智能大功率功能。可正反插的插頭的價值顯而易見：我們終于可以輕松接入設(shè)備，而不必翻轉(zhuǎn)插頭（通常需要兩次）。但這個充電協(xié)議最重要的變化是 USB Type-C 引入了一個新引腳，即配置通道 (CC) 引腳，用于在不同設(shè)備之間進行協(xié)商。

2.如何對USB接口進行保護

傳統(tǒng)適配器使用 D+/D- 線在兩個設(shè)備之間執(zhí)行握手。最常見的傳統(tǒng)適配器，如圖 1 所示，通常有一個 Type A 端口作為輸出，以便不同的電纜可以匹配不同的手機；例如，Android 手機的 A-uB 數(shù)據(jù)線，iPhone 的 A-lighting 數(shù)據(jù)線等。USB Type-C 也有 AC 數(shù)據(jù)線，因此可以通過傳統(tǒng)適配器進行充電。

圖 1：傳統(tǒng) USB 適配器

為了給用戶提供最佳的使用體驗，一些USB Type-C產(chǎn)品制造商設(shè)計了他們的USB Type-C產(chǎn)品，以支持通過CC的新USB Type-C充電協(xié)議以及現(xiàn)有的充電協(xié)議。在當前的 USB 產(chǎn)品中使用 D+/D-，某些充電協(xié)議不能用于 USB Type-C 連接器（請參閱 USB Type-C 電纜和連接器規(guī)范，修訂版 1.2 的第 4.8 節(jié)）。

問題就在這里。USB Type-C 連接器具有與傳統(tǒng)適配器兼容的 AC 電纜，并且 USB Type-C 插頭內(nèi)有一個內(nèi)部上拉電阻 (Rp)（請參閱 USB Type-C 規(guī)范的第 3.5 節(jié)）以啟用檢測 USB Type-C 設(shè)備。一旦V BUS 上存在直流電壓，并且USB Type-C 插頭插入USB Type-C 設(shè)備，V BUS將拉高CC 引腳的電壓電平以通知USB Type-C 控制器，如圖所示在圖 2 中。

圖 2：傳統(tǒng)適配器到 USB Type-C 產(chǎn)品連接

USB Type-C連接器即使不兼容QC等快充協(xié)議，上述不規(guī)范的USB Type-C產(chǎn)品也會支持這些高壓協(xié)議。在這種情況下，通過 D+/D- 線與傳統(tǒng)適配器成功握手后，V BUS可能會增加到 9V 或 12V。該高壓將通過 Rp 施加到 USB Type-C 控制器的 CC 引腳。不幸的是，最常見的 USB Type-C 控制器無法處理如此高的電壓，因為它超出了 USB Type-C 規(guī)范。為了防止 USB Type-C 控制器在通過 Rp 綁定到 VBUS 的情況下?lián)p壞，需要兼容的 USB Type-C 設(shè)備。

保護 USB Type-C 控制器的一種簡單方法是在 USB Type-C 控制器的 CC 引腳和地之間添加一個齊納二極管。該齊納二極管可以將 CC 線的電壓鉗位在安全范圍內(nèi)。但我需要強調(diào)兩點：

· 齊納二極管的鉗位電壓應(yīng)高于 CC 引腳的正常電壓，低于最大額定電壓。但由于齊納二極管的擊穿電壓總是隨其自身的電流（在這種情況下，與 V BUS電壓成正比）和溫度而變化，因此選擇合適的齊納二極管并不容易。

· 通過齊納二極管從 V BUS 流到地的電流會帶來額外的損耗。在最壞的情況下，此電流可能高達幾毫安（假設(shè) V BUS可能高達 20V 且 Rp 低于 10KOhm ）。

另一種保護 USB Type-C 控制器的方法是使用阻塞場效應(yīng)晶體管 (FET)，在圖 3 中標記為 QB，QB 將 USB Type-C 控制器與 V BUS隔離。QB 插入 USB Type-C 插座和 USB Type-C 控制器之間。當 USB Type-C 插座的 CC 引腳發(fā)生過壓事件時，它可以關(guān)閉，以便 USB 供電控制器不會看到如此高的電壓。然而，這會帶來一個額外的路徑，包括一個下拉電阻（圖 3 中的 RD）及其控制 FET（圖 3 中的 QD）。如果電池沒電，QD 將開啟以在 CC 引腳上執(zhí)行 RD。QD 的附加邏輯電路也可能會犧牲一些電路板空間。

一個不錯的選擇是采用 USB Type-C 端口保護集成電路 (IC)，例如 TPD2S300，它集成了 USB Type-C 設(shè)備所需的所有功能。該 IC 不需要額外的保護和邏輯電路。還集成了靜電放電 (ESD) 保護。圖 3 顯示了使用 TPD2S300 的典型電路。

圖 3：CC 引腳的 TPD2S300 電路

為了保護 USB Type-C 設(shè)備（例如移動電源或智能手機）免受市場上不規(guī)則適配器或充電器的影響，需要使用齊納二極管、阻塞 FET 或保護 IC 對 USB Type-C 端口進行額外保護。