防止汽车USB电路电池短路故障——第1部分

　　汽车制造商继续把信息娱乐系统作为多媒体体验的延伸。 USB接口一直是信息娱乐架构的基本要素，因此制造商已让这种原本以消费者为中心的接口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。例如，当将机头单元连到不同连接模块的长线线束受损，可让所有引脚短路至12V汽车蓄电池。其他潜在的失效机理包括使用不符合要求的适配器、电缆或充电器；USB连接器或电缆的力学扭曲；或任何进入连接器，并将数据线短接到VBUS的碎屑。

　　在由两部分组成的系列的第一部分，我将举例说明，防止USB电路电池短路故障的最佳途径。在我的下篇博文中，我将延伸说明优化您的汽车USB防电池短路设计的最佳途径。

　　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。

　　图1：TPD3S714-Q1数据交换差动带宽

　　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。

　　图2：TPD3S714-Q1的USB 2.0眼图