USB Type-C的插座解决方案

1、【Word版本下载可任意编辑】 USB Type-C的插座解决方案 在这种背景下，重要的是 USB Type-C 连接器标准规定的很大传输电流高达 5 V 下 3.0 A，功率高达 15 W。USB 电力传输标准 v2.0 更进一步，它规定支持 USB 3.1 的 USB Type-C 连接器可以提供高达 100 W 的功率（20 V，5 A）。该功率由四个 VBUS 引脚输出。这使 USB接口从辅助电源成为主电源。 实施 USB Type-C 连接器设计可能会非常棘手 若要在项目中支持高达 100 W 的功率，需要慎重执行电路板布局步骤，确保用户和开发人员的安全。大多数项目都不需要如此高的功

2、率；例如，对于电流非常高的智能手机充电器，其额定电流可能为 3.0 A。但是，多数商用 USB Type-C 连接器的常见很佳设计是 VBUS 和 GND 引脚之间为 5.0 A。AmphenolFCI的 USB 3.1 10137062-00021LF Gen 1 直角型 USB Type-C 连接器支持这种设计（图 3）。 该 USB Type-C 插座连接器可支持很大 5 A 的电流，因此，100 W 的输出将需要 20 V DC。但是，对于大多数项目而言，25 W（5 V，5 A）就足够并且还安全。该 USB Type-C 连接器支持每秒 5 千兆比特 (Gbit/s) 的 USB 3

3、.1 Gen 1 数据速率，很大额定电压为 100 V DC 或 AC，根据 100 W 很大功率规格，可提供很大 1 A 的电流。 该连接器支持表面贴装或通孔组装，其位于印刷电路板的顶部。不锈钢连接器外壳比铝更牢固，并且通过电气连接至 GND 引脚。 外壳必须使用四个窄卡舌接地，而卡舌会滑入印刷电路板的插槽内，连接器每侧各两个。务必使用大量焊料将这些卡舌焊接到电路板电源接地层，以确保牢固连接。 USB Type-C 连接器信号布线 USB 3.1 高速差分信号必须仔细布线，使它们彼此相邻且长度完全相同。保持差分信号的走线尽可能短，以很大限度地降低 EMI。为获得很佳抗噪性，请将差分信号置于印

4、刷电路板的内层。如果在印刷电路板外层上布线，则用接地走线包围差分对走线来隔离来自其他数据线的信号。此外，务必在实心接地面上布设差分信号，以很大限度地降低 EMI。 设计印刷电路板时，需使差分走线阻抗为 90 欧姆 ?10%，以匹配 USB电缆差分阻抗。另外，每条走线的布设方式要使每对的单端阻抗相同。一般说来，在这种情况下，差分对的阻抗是其中一对阻抗的两倍。因此，布设走线时应使每个单端阻抗等于或接近 45 欧姆 ?10%。 如何安全地布设 USB Type-C 功率信号 布设功率信号更为关键。为防止与项目外壳或用户发生意外短路，必须小心慎重，确保安全地输出 5 A 电流。该电流可以布设在印刷电路

5、板的顶层或底层，但不应太靠近印刷电路板的边缘。这样有助于防止由于项目外壳受冲击或损坏而导致与外壳意外连接。 要通过厚度为每平方英尺 2 盎司的铜覆层在印刷电路板上提供 5 A 的电流，需要 44.6 密耳的走线宽度。更安全的方法是通过在印刷电路板内层布设 5 A 电流，以隔离电流免受任何外部干扰，这需要在相同铜密度下使用 116 密耳的走线宽度（基于 IPC-2221 标准计算）。在 VBUS 连接器引脚附近的覆铜应尽可能多，以防止电流损失。 垂直安装 USB Type-C 连接器 如果印刷电路板空间非常宝贵，可以垂直安装 USB Type-C 插座连接器。为此，Amphenol FCI 提供

6、了 USB 3.1 10132328-10011LF 垂直安装 USB Type-C 连接器。 这款垂直 USB Type-C 连接器支持 10 Gbit/s 的 USB 3.1 Gen 2 数据传输标准。它还支持 100 W 的电力输出，其很大额定电压为 100 V DC 或 AC，并且能够提供高达 5 A 的电流。该产品采用与直角型连接器相同的不锈钢外壳构造。如同直角型连接器，需使用大量焊料确保外壳上的四个卡舌通过印刷电路板上的孔实现安全接地。 与直角型插座不同的是，它只是表面贴装在连接器的小端，使 VBUS 电源触点更靠近信号触点。其中必须慎重布设电源触点，使其远离信号触点。若空间狭窄，

7、很安全的方法是将数据对和 VBUS 电源触点放置在不同的印刷电路板层上。 在为上述插座连接器供电时，USB 主机和设备之间有一个简短的握手协议，决定了提供多大的电源。IC 可以处理 USB 灌入至拉出连接，使得这个过程对开发人员来说是透明的。 STMicroelectronics 的 STUSB1700 USB Type-C 源控制器就是一个很好的例子。这可以安全地管理 5 V USB Type-C 主机与设备的连接。在供电时，STUSB1700 可以检测并防止电源短路、电流消耗超过设置的限值、过热高于 145?C、欠压和过压状况，以及反向电流和反向电压状况。这极大地简化了 USB Type-C 系统的安全设计，同时为开发人员降低了复杂性。 STUSB1700 用于 USB Type-C 主机连接器，可以检测主机与设备之间的新连接。该产品可以确定设备的电源需求并提供必要的电流。此外，还可确定设备是否为数字音频附件，以便可以向微控制器发出信号，通过 USB Type-C 端口提供数字音频。它可以与 USB 设备协商，以确定电源需求为 USB 默认值（高 900 mA）、USB 中电流（高 1.5 A）还是 USB 高电流（高 3.0 A）。