USB 是一種四線接口，用于將上游主機/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。每個幀可以包含用于時鐘同步、數(shù)據(jù)類型標識符、設(shè)備地址、數(shù)據(jù)有效負載和數(shù)據(jù)包結(jié)束序列的位。數(shù)據(jù)傳輸以 1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）或 480Mbps（高速）的速度使用一系列具有不同外形規(guī)格的連接器進行。A、B、迷你 B 和微型 B 型是最常見的連接器類型。

圖1.USB 接口框圖。

傳統(tǒng)的 USB 保護選項的效果如何？
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。此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。當外圍設(shè)備首次連接到電纜時，SIE 會向主機提供配置信息和電源要求。在操作過程中，SIE根據(jù)所需的傳輸速度格式化所有數(shù)據(jù)，并提供錯誤檢查和故障處理。SIE 處理總線流量控制，并根據(jù)需要啟用或禁用線路驅(qū)動器和接收器。主機啟動所有事務(wù)，然后遵循主機和外圍設(shè)備之間的一系列數(shù)據(jù)交換。這包括有關(guān)數(shù)據(jù)何時損壞或可能發(fā)生的其他故障的規(guī)定。

用于USB數(shù)據(jù)通道保護的常見IC解決方案使用過程隔離技術(shù)，以確保高壓設(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某個位置使用隔離 IC（圖 2）。

圖2.隔離放置在 USB 控制器之間。

雖然這確保了USB端口即使在高達5kV的電壓下也能繼續(xù)正常工作，但這種方法只允許高達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（即，主機端受到保護，而下游器件不受保護）。此外，一些隔離IC保護數(shù)據(jù)傳輸引腳（D+/D），但不保護電源引腳（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，同時仍僅允許以12Mbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。

顯然，這些都不是您問題的理想解決方案。

無需隔離
即可實現(xiàn)所需的保護 幸運的是，我們可以為商業(yè)和工業(yè)設(shè)備推薦一種替代USB端口保護的集成解決方案，如圖3所示。

圖3.MAX22505 USB保護方案

MAX22505 USB保護方案可保護USB端口免受故障影響，同時允許高達480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。該器件可確保 USB 端口在暴露于工業(yè)和商業(yè)環(huán)境中通常遇到的電壓電平（±24V AC 或 ±40V DC）時得到充分保護。在接線故障導(dǎo)致USB端口與高壓接觸的情況下，該IC通過有效地“開路”與端口的連接來響應(yīng)，從而保護上游主機和任何連接的下游設(shè)備。在故障解決之前，無法進行數(shù)據(jù)傳輸。另一個好處是節(jié)省電路板空間。該解決方案只需要120mm的面積2，可節(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)生故障時均受到保護（電源為 ±50V DC，數(shù)據(jù)為 ±40.7V），無需配置。您可以通過評估套件評估IC。MAX22505EVKIT具有大功率外設(shè)部分、低功耗外設(shè)部分和高功率主機部分，每部分均提供USB總線過壓保護。

審核編輯：郭婷