USB-устройство с несколькими развязывающими конденсаторами

У меня есть USB-устройство с несколькими микросхемами. Из того, что я прочитал, стандартная практика заключается в использовании комбинации конденсаторов с несколькими диапазонами для развязки каждой отдельной микросхемы, причем самые маленькие находятся как можно ближе, а конденсаторы большего размера не слишком далеко.

Тем не менее, я сталкиваюсь с дилеммой:

Согласно этому источнику , максимально допустимая емкость развязки для устройства USB составляет 10 мкФ. С несколькими микросхемами, имеющими комбинацию развязывающих конденсаторов 0,1 мкФ и 2,2 мкФ / 4,7 мкФ, я легко превышаю этот предел, потому что они все параллельно.

Единственное решение, которое я могу придумать, - это уменьшить / исключить больший развязывающий конденсатор и / или попытаться объединить несколько больших развязывающих конденсаторов IC вместе, сохраняя меньшие развязывающие конденсаторы рядом с каждой ИС.

На мой взгляд, ни одно из этих решений не кажется идеальным. Какова рекомендуемая схема развязки для нескольких микросхем на устройстве с питанием от USB?

Теоретическая потребляемая мощность всех используемых микросхем все еще ниже предела, который может быть подан через USB 2.0.

Хотя это не совсем то, что вам нужно, я использовал микросхемы управления питанием для достижения этой цели. Например, TPS2113APW . Я предпочитаю этот конкретный чип, потому что он позволяет мне создавать устройства с двумя источниками питания, которые могут работать как от настенной розетки, так и от USB, автоматически предпочитая настенную розетку, если она доступна.

Если вам не нужен двойной источник питания, вы можете использовать что-то вроде MIC2545A

В конечном счете, любая емкость «позади» ИС управления питанием (т.е. подключенная к выходам ИС) не «видна» USB; шина видит емкость только перед микросхемой (т.е. подключена к входам микросхемы).

Вам все еще нужно беспокоиться о пусковом токе - «плюс любые емкостные эффекты, видимые через регулятор», - но эти микросхемы также имеют переменное ограничение тока. Определите параллельные сопротивления, которые должны иметь ограничение 100 мА и ограничение 500 мА (и, необязательно, ограничение мА, если вы хотите ограничить питание от сети), а затем используйте полевые транзисторы для закорачивания резисторов по мере необходимости, чтобы включить различные ограничения.

С помощью этих микросхем я подключил к USB печатные платы с несколькими сотнями мкФ, и цифровой мультиметр, настроенный на максимальный ток, подтвердил, что пусковой ток во время подключения не превышал 100 мА.

Устройство USB не может отображать емкость более 10 мкФ при подключении. Это не обязательно означает, что у вас может быть только 10 мкФ конденсаторов, это означает, что вам нужно ограничить пусковой ток до уровня, который требуется для зарядки 10 мкФ при подключении. Из спецификации USB:

Максимальная нагрузка (CRPB), которая может быть размещена на выходном конце кабеля, составляет 10 мкФ параллельно с 44 Ом. Емкость 10 мкФ представляет собой любой обходной конденсатор, напрямую подключенный к линиям VBUS в функции, плюс любые емкостные эффекты, видимые через регулятор в устройстве. Сопротивление 44 Ом представляет собой единицу нагрузки тока, потребляемого устройством во время подключения.

Более того:

Если в устройстве требуется большая емкость байпаса, тогда устройство должно включать в себя некоторую форму ограничения импульсного тока VBUS, чтобы оно соответствовало характеристикам вышеуказанной нагрузки.

Как вы, вероятно, знаете, ваше устройство может потреблять 1 блок питания или 100 мА при подключении без каких-либо переговоров.

Если бы я проектировал USB-устройство большой мощности, я бы:

A. Живите с требованием 10 мкФ, например, если я использую импульсный источник питания или если мой VDD будет 3,3 В

или

B. Используйте схему «плавного пуска», такую ​​как резистор 47 Ом, последовательно с моим громоздким конденсатором. Используйте компаратор для определения напряжения на конденсаторе. Когда напряжение находится в пределах 100 мВ от напряжения на шине USB, тогда компаратор должен включить P-MOSFET, который закорачивает 47-омное сопротивление.

100 нФ являются наиболее важными. Обязательно размещайте их и, как вы говорите, как можно ближе к булавкам.

2,2 / 4,7 мкФ для параллельного подключения - это высокое значение, которое не требуется при правильно отключенном источнике питания. Особенно не на каждой микросхеме. Здесь источник питания будет на некотором расстоянии, и тогда настоятельно рекомендуется конденсатор в несколько мкФ. Используйте самое высокое значение, которое вы можете себе позволить после вычитания 100 нФ, и поместите его ближе к микросхеме, которая будет потреблять больше всего тока, если только это не будет другой конец, где USB входит в печатную плату. Тогда вам придется идти на компромисс: на пути от USB-разъема, и не слишком далеко от крупнейших потребителей.

«Максимальная емкость через контактный» V - шины правило предназначен для поддержания напряжения VBUS от падения достаточно низко , чтобы сбросить другие устройства USB всякий раз , когда новое устройство USB подключено.

Я видел несколько USB-устройств, которым нужен только ферритовый шарик, чтобы поддерживать пусковой ток в пределах спецификации. Они соединяют только две вещи с выводом Vbus разъема USB: минимальная емкость развязки VBUS 1 мкФ непосредственно между выводами Vbus и GND разъема USB, и ферритовый шарик, который подает питание на остальную часть устройства. Это позволяет им использовать чистую емкость чуть более 10 мкФ на другой стороне этого ферритового шарика.

Большинство схем для устройств с питанием от USB, на которые я смотрел, имеют регулятор напряжения, который преобразует напряжение от 4,45 В до 5,25 В от хоста USB в напряжение 3,3 В, используемое всеми микросхемами устройства. Использование регулятора напряжения со схемой «плавного пуска» поддерживает пусковой ток в пределах спецификации; это позволяет конструктору наложить любую емкость на выход регулятора - между 3,3 В и GND - без каких-либо проблем на стороне USB.