USB 是一種四線接口，用于將上游主機(jī)/充電器連接到下游設(shè)備（圖 1）。VBUS （+5 VDC） 和 GND （0V） 是電源引腳，而 D+ 和 D- 用于差分或單端數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)被組織成數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)包。每個(gè)幀都可以包含用于時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)符、設(shè)備地址、數(shù)據(jù)有效負(fù)載和數(shù)據(jù)包結(jié)束序列的位。使用一系列不同外形尺寸的連接器以 1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）或 480Mbps（高速）的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。A、B、mini-B 和 micro-B 型是最常見(jiàn)的連接器類型。

圖 1. USB 接口框圖。

傳統(tǒng) USB 保護(hù)選項(xiàng)的效果如何？

USB 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的控制由串行接口引擎 （SIE） 在電纜的每一端處理。這種專用控制器或較大控制器的子集通常包括處理 USB 協(xié)議的 USB 收發(fā)器硬件。當(dāng)外圍設(shè)備首次連接到電纜時(shí)，SIE 會(huì)向主機(jī)提供配置信息和電源要求。在操作過(guò)程中，SIE 根據(jù)所需的傳輸速度格式化所有數(shù)據(jù)，并提供錯(cuò)誤檢查和故障處理。SIE 處理總線流控制以及根據(jù)需要啟用或禁用線路驅(qū)動(dòng)器和接收器。主機(jī)啟動(dòng)所有事務(wù)，然后遵循主機(jī)和外圍設(shè)備之間的一系列數(shù)據(jù)交換。這包括有關(guān)數(shù)據(jù)何時(shí)損壞或可能發(fā)生的其他故障的規(guī)定。

USB 數(shù)據(jù)通道保護(hù)的通用 IC 解決方案使用工藝隔離技術(shù)來(lái)確保高壓設(shè)備和低壓設(shè)備之間不存在電流路徑。這涉及在控制器之間的位置使用隔離 IC（圖 2）。

圖 2. USB 控制器之間的隔離。

雖然這確保了 USB 端口可以繼續(xù)正常運(yùn)行，即使暴露在高達(dá) 5kV 的電壓下，這種方法也只允許高達(dá) 12Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

一些 IC 解決方案的局限性在于它們僅提供上游保護(hù)（即，主機(jī)端受到保護(hù)，但下游設(shè)備不受保護(hù)）。此外，一些隔離 IC 保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸引腳 （D+/D） 但不保護(hù)電源引腳 （VBUS/GND）。可以使用分立元件構(gòu)建更小的定制 USB 保護(hù)電路。但是，由于需要許多組件，因此該解決方案非常復(fù)雜，同時(shí)仍僅允許以 12Mbps 的速度傳輸數(shù)據(jù)。

顯然，這些都不是您問(wèn)題的理想解決方案。

無(wú)需隔離即可實(shí)現(xiàn)您所需的保護(hù)

幸運(yùn)的是，我們可以為商業(yè)和工業(yè)設(shè)備提供 USB 端口保護(hù)的替代集成解決方案，如圖 3所示。

圖 3. MAX22505 USB 保護(hù)解決方案。

MAX22505 USB保護(hù)解決方案保護(hù)USB端口免受故障影響，同時(shí)允許高達(dá)480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。如果暴露在工業(yè)和商業(yè)環(huán)境中通常遇到的電壓水平（±24V AC 或 ±40V DC）下，該器件可確保 USB 端口得到充分保護(hù)。在導(dǎo)致 USB 端口與高壓接觸的接線故障的情況下，該 IC 通過(guò)有效地“開(kāi)路”與端口的連接做出響應(yīng)，從而保護(hù)上游主機(jī)和任何連接的下游設(shè)備。在故障解決之前，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另一個(gè)好處是節(jié)省電路板空間。該解決方案只需要 120mm 2的面積，表示節(jié)省 20% 到 50%（與其他解決方案相比）。此外，所有 USB 端口引腳在發(fā)生故障時(shí)都受到保護(hù)（電源為 ±50V DC，數(shù)據(jù)為 ±40.7V），無(wú)需配置。您可以通過(guò)評(píng)估套件評(píng)估 IC。MAX22505EVKIT具有一個(gè)高功率外設(shè)部分、一個(gè)低功耗外設(shè)部分和一個(gè)大功率主機(jī)部分，每個(gè)部分都展示了 USB 總線對(duì) USB 線路上過(guò)壓條件的保護(hù)。

審核編輯：郭婷