USB-C 型端口的安全防护措施

USB Type-C 接口的出现对电子产品用户来说真是太好了，不仅能得到好的性能，使用起来也很方便，正插、反插都可以，既不用担心插不进，也不用担心插错了，很多问题都被设计本身包容了。

图：电缆连接方式1

图：电缆连接方式2

图：兼容不同连接方式的系统实现示意图

由于 PD （电源传输）协议的加持，USB-C 型接口可以传输的最大功率为 100W，VBUS 上的最高电压达到了 20V，相应的电流就不会太大，降低了对连接器和电缆的低阻抗要求，最新的 USB4 还将雷电接口、PCIe 和 DisplayPort 也兼容了进去，为设备间的互联带来了巨大的方便，人们的生活将变得越来越方便。

虽然好处多多，USB Type-C 接口的设计中也存在一些隐患，主要是两个 CC 端和两个 SBU 端与 VBUS 靠得太近了，插拔和摇动的时候容易发生短路的状况，而 VBUS 的最高电压达 20V，这就给与 CC 和 SBU 端子连接的内部器件带来了风险，使它们很容易受到伤害，这个问题已经在应用中反复出现。立锜科技的 USB Type-C/PD 产品都具有 CC 端高压防护能力，但这只能确保自身器件的安全，不能确保没有使用立锜产品的应用也是安全的。

USB 端口面临的另外一个风险来自静电，它们积聚在机壳上或外部物体上，一有机会就可能通过它的金属端子得到泄放，这个过程也很可能对其内部连接的芯片造成损害。

为了防范上述风险，将 RT1738 连接在 USB Type-C 接口和与接口相关的芯片之间就行了。

RT1738 的内部电路结构如下图所示：

RT1738 给与之连接的每个信号线都提供了静电泄放通道，在 CC 线和 SBU 线上插入了过压保护开关，前者可让静电自然流动消失而不带来损害，后者在接口端出现过压状况时可即时切断信号通路，避免内部主芯片受到高压的损害。

如上图所示，当 RT1738 与连接器相连的 CON_CC1 端出现了从 0V 开始逐渐上升到最高 24V 的电压信号时，最初这个信号是可以直接传递到与主芯片相连的 CC1 一侧的，但在该信号电压上升到大约 6.5V 时 CC1 的电压就掉头向下了，因为连接在其间的信号开关已经被切断了。按照 RT1738 规格书的定义，CC 信号过压保护的触发阈值为 5.9V，过压保护开关断开的响应时间为 60ns，从上图所示信号的变化过程来看，该开关的响应特性是符合此规格的。我们之所以看到 CC1 处的信号在大约 6.5V 左右才掉头向下，这是因为 CON_CC1 处的信号在这几十 ns 的时间里还是处于上升状态的，其影响必然会在 CC1 端反应出来。

由于过压保护开关需要时间进行关断，出现在 CON_CC1 端的电压很可能在这段时间里被快速拉升，因此就有可能在 CC1 端出现可能危害主芯片的高电压，RT1738 就在 CC1 端放置了一个阈值电压为 7V 的电压钳位单元，绝不让这个地方的电压超过 7V。

由于在信号线上插入了开关，信号通过的时候就会被衰减，线路的电流通过能力也会受到影响，为了将这种影响降到可以接受的程度，RT1738 在 CC 线上插入开关的导通阻抗在 25°C 时的典型值仅为 255mΩ，最大也不会超过 390mΩ，容许的最大电流通过能力为 ±1.25A，而它们的 -3dB 信号带宽则高达 400MHz，完全可以满足 300Kbps 的 BMC 信号传输的需求。

RT1738 为 SBU 信号线提供的处理方法与 CC 线类似，但是相应的参数略有区别。在实际的应用中，USB Type-C 接口的 SBU1/2 很可能被用于传输音频信号，它所要求的信号带宽可能会更宽，RT1738 给此信号线提供的带宽高达 1.1GHz，两个通道之间的串扰低达 -80dB，满足常规应用的需求应该是没有问题的。