只要問(wèn)“度娘”，就會(huì)知道現(xiàn)在USB Type-C有多火。支持單通道10Gbps的傳輸速率、高達(dá)100W的功率傳輸能力、兼具數(shù)據(jù)和視頻傳輸能力、無(wú)方向的正反插結(jié)構(gòu)——這些特性讓USB Type-C堪稱(chēng)史上最“強(qiáng)”的接口。據(jù)IEK的估計(jì)，2019年USB Type-C產(chǎn)品的出貨量將達(dá)到50億。
在驚艷于USB Type-C的強(qiáng)大之余，如果你想設(shè)計(jì)出禁得住用戶推敲的產(chǎn)品，還需要在元器件選型時(shí)多關(guān)注一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。所謂“細(xì)節(jié)決定成敗”，這會(huì)讓最終你的BOM清單更漂亮。
細(xì)節(jié)一：靜態(tài)電流
待機(jī)功耗是衡量電子產(chǎn)品的重要指標(biāo)，它主要是由產(chǎn)品中芯片等有源器件待機(jī)休眠時(shí)的靜態(tài)電流決定的。在以往的USB產(chǎn)品中，大家對(duì)這個(gè)指標(biāo)并不敏感，但到了USB Type-C時(shí)代故事發(fā)生了變化。
這是因?yàn)門(mén)ype-C系統(tǒng)的電路更為復(fù)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(zhuān)門(mén)配置了CC通道，用于檢測(cè)插頭的方向，還擔(dān)負(fù)著USB PD功率傳輸?shù)膮f(xié)議通信職能。實(shí)現(xiàn)這些功能Type-C控制器芯片需要更強(qiáng)大的MCU內(nèi)核支持，可是這句話的潛臺(tái)詞是“也會(huì)消耗更高的靜態(tài)電流”——毫安級(jí)的靜態(tài)電流。好消息是芯片廠商已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，比如TI的Type-C 控制器TPS25810在沒(méi)有器件連接時(shí)的靜態(tài)電流典型值可低至0.7µA。
隨著各國(guó)能源標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，開(kāi)發(fā)者對(duì)各個(gè)器件的功耗可謂是錙銖必較，如果沒(méi)有選對(duì)USB Type-C的控制芯片，可能會(huì)給你帶來(lái)額外的麻煩。所以在看Datasheet時(shí)，這個(gè)細(xì)節(jié)一定要注意。
細(xì)節(jié)二：電路保護(hù)
缺乏經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，往往容易執(zhí)著于功能性而忽視了可靠性，這實(shí)際上會(huì)影響到產(chǎn)品的“容錯(cuò)”能力，進(jìn)而影響到用戶體驗(yàn)甚至是安全。具體到USB Type-C，熱插拔、短路、用戶誤操作、故障設(shè)備以及ESD等引發(fā)的問(wèn)題，都需要有效的電路保護(hù)措施來(lái)化解。
一般來(lái)說(shuō)電路保護(hù)包括過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)。具體到Type-C保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，會(huì)有一些特殊的約束條件，比如說(shuō)更高的集成度。以過(guò)壓保護(hù)為例，USB Type-C為了實(shí)現(xiàn)無(wú)方向正反插，在物理結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了兩排對(duì)稱(chēng)的引線，這使得需要過(guò)壓保護(hù)的數(shù)據(jù)通道達(dá)到16條，包括四組10Gbps高速數(shù)據(jù)收發(fā)通道（SSRX+/ SSRX -，SSTX+/ SSTX -）、兩組480Mbps USB 2.0數(shù)據(jù)通道（D+/D-），以及兩組USB-PD協(xié)議通信的專(zhuān)用通道（CC+/CC-）。圖1是Bourns公司的過(guò)壓保護(hù)方案，整個(gè)方案只用到了兩個(gè)6通道TVS陣列（CDDFN10-0516P）和一個(gè)4 通道 TVS陣列（CDDFN10-0524P），可見(jiàn)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(shí)現(xiàn)USB Type-C的過(guò)壓保護(hù)。
此外，伴隨Type-C應(yīng)用擴(kuò)展的還有“過(guò)溫保護(hù)”這個(gè)新名詞。由于Type-C的體積小而承載的功率卻高達(dá)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(nèi)阻的增加，進(jìn)而引發(fā)過(guò)熱甚至是發(fā)煙、失火。這讓過(guò)溫保護(hù)變得十分必要，比如NXP用于Type-C的負(fù)載開(kāi)關(guān)器件中就集成了過(guò)溫保護(hù)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(gè)可恢復(fù)器件，其在溫度過(guò)高時(shí)觸發(fā)，而在電源被切斷或溫度回到安全水平時(shí)自恢復(fù)；另一種是溫度觸發(fā)的可恢復(fù)保險(xiǎn)絲P-TCO方案，其特點(diǎn)是體積更小，成本更低。隨著相關(guān)安規(guī)的完善，了解更多過(guò)溫保護(hù)器件的知識(shí)，會(huì)成為USB Type-C產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者的必修課。
細(xì)節(jié)三：連接器
不要認(rèn)為連接器的選擇與那些關(guān)鍵的芯片相比“無(wú)關(guān)痛癢”，往往這些貌似“邊緣”的部件會(huì)讓你在距離“完美”終點(diǎn)只剩一米時(shí)倒下。在用戶面前，高品質(zhì)的連接器未必會(huì)給你帶來(lái)更多加分，而品質(zhì)不佳的連接器給用戶體驗(yàn)造成的傷害，則會(huì)抹殺掉你之前所有的積分。
表1中以Foxconn高品質(zhì)的連接器為例，對(duì)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(yàn)。在BOM中給連接器多留一些可以盤(pán)桓的空間，事實(shí)將會(huì)證明是值得的。
表1，高品質(zhì)連接器與普通連接器比對(duì) |
