Thiết bị hỗ trợ USB với nhiều tụ tách rời

Tôi có một thiết bị hỗ trợ USB với nhiều IC. Từ những gì tôi đã đọc, đó là cách thực hành tiêu chuẩn để sử dụng kết hợp nhiều tụ điện phạm vi để tách riêng từng IC riêng lẻ, với các tụ nhỏ nhất càng gần càng tốt và các tụ lớn hơn không quá xa.

Tuy nhiên, tôi đang rơi vào tình huống khó xử:

Theo nguồn này , điện dung tách rời tối đa được phép cho thiết bị USB là 10uF. Với một số IC đều có sự kết hợp của tụ tách rời 0,1uF và 2.2uF / 4.7uF, tôi dễ dàng vượt quá giới hạn này vì tất cả chúng đều song song.

Giải pháp duy nhất tôi có thể nghĩ đến là giảm / loại bỏ tụ tách rời lớn hơn và / hoặc cố gắng kết hợp một vài tụ tách rời lớn hơn của IC với nhau trong khi giữ các tụ tách rời nhỏ hơn gần với mỗi IC.

Trong tâm trí của tôi không có giải pháp nào có vẻ lý tưởng. Bố cục tách rời được đề xuất cho nhiều IC trên thiết bị hỗ trợ USB là gì?

Mức tiêu thụ năng lượng lý thuyết của tất cả các IC đang sử dụng vẫn nằm dưới giới hạn có thể được cung cấp qua USB 2.0.

Mặc dù không chính xác những gì bạn đang tìm kiếm, tôi đã sử dụng IC quản lý năng lượng để thực hiện việc này. Ví dụ, TPS2113APW . Tôi thích con chip cụ thể này bởi vì nó cho phép tôi tạo ra các thiết bị hỗ trợ kép có thể hoạt động với đầu nối tường hoặc tắt USB, tự động ưu tiên nguồn điện tường nếu có.

Nếu bạn không cần nguồn kép, bạn có thể sử dụng thứ gì đó như MIC2545A

Cuối cùng, bất kỳ điện dung "đằng sau" IC quản lý năng lượng (nghĩa là được nối với đầu ra IC) không được "nhìn thấy" bởi USB; xe buýt chỉ nhìn thấy điện dung "ở phía trước" IC (tức là được nối với đầu vào IC).

Bạn vẫn phải lo lắng về dòng điện xâm nhập - phần "cộng với bất kỳ hiệu ứng điện dung nào có thể nhìn thấy qua bộ điều chỉnh" của thông số kỹ thuật - nhưng những IC đó cũng có giới hạn dòng điện thay đổi. Chỉ ra các điện trở song song mà bạn cần có giới hạn 100 mA và giới hạn 500 mA (và tùy chọn giới hạn n mA nếu bạn muốn hạn chế công suất tường), sau đó sử dụng FET để rút ngắn điện trở khi cần để kích hoạt các giới hạn khác nhau.

Thông qua các chip này, tôi đã gắn PCB với hàng trăm uF vào USB và DMM được đặt ở mức tối đa hiện tại đã xác minh rằng sự xâm nhập trong quá trình đính kèm không vượt quá 100 mA.

Một thiết bị USB không thể có hơn 10uF điện dung khi được kết nối. Điều này không nhất thiết có nghĩa là bạn chỉ có thể có 10uF tụ điện, điều đó có nghĩa là bạn cần giới hạn dòng điện vào mức cần thiết để sạc 10uF khi kết nối. Từ thông số kỹ thuật USB:

Tải trọng tối đa (CRPB) có thể được đặt ở đầu hạ lưu của cáp là 10 F song song với 44. Điện dung 10 μF đại diện cho bất kỳ tụ điện bỏ qua nào được kết nối trực tiếp qua các đường VBUS trong chức năng cộng với bất kỳ hiệu ứng điện dung nào có thể nhìn thấy qua bộ điều chỉnh trong thiết bị. Điện trở 44 thể hiện một tải đơn vị dòng điện được thiết bị rút ra trong quá trình kết nối.

Hơn nữa:

Nếu cần nhiều điện dung bỏ qua trong thiết bị, thì thiết bị phải kết hợp một số dạng giới hạn dòng tăng VBUS, sao cho phù hợp với đặc điểm của tải trên.

Như bạn có thể biết, thiết bị của bạn được phép vẽ 1 đơn vị năng lượng, hoặc 100mA, khi kết nối mà không có bất kỳ thương lượng nào.

Nếu tôi đang thiết kế một thiết bị USB công suất cao thì tôi sẽ:

A. Sống với yêu cầu 10uF, chẳng hạn như nếu tôi đang sử dụng nguồn điện chuyển đổi hoặc nếu VDD của tôi sẽ là 3,3V

hoặc là

B. Sử dụng mạch "khởi động mềm" như điện trở 47 ohm nối tiếp với tụ điện cực lớn của tôi. Sử dụng một bộ so sánh để cảm nhận điện áp trên các tụ điện số lượng lớn. Khi điện áp nằm trong phạm vi 100mV của điện áp bus USB thì có bộ so sánh bật P-MOSFET làm ngắn điện trở 47 ohm.

100 nF là quan trọng nhất. Hãy chắc chắn đặt những cái đó và giống như bạn nói càng gần càng tốt với các chân.

2.2 / 4,7 LờiF để đặt song song là một giá trị cao và không nên được yêu cầu trong một nguồn cung cấp điện được phân tách đúng. Đặc biệt không phải trên mỗi IC. Ở đây, nguồn cung cấp năng lượng sẽ ở một khoảng cách xa, và sau đó nên sử dụng tụ điện của một vài loạiFFF. Sử dụng giá trị cao nhất bạn vẫn có thể chi trả sau khi trừ 100 nF và đặt gần IC sẽ rút ra dòng điện mới nhất, trừ khi đó sẽ là đầu kia của nơi USB đi vào PCB. Sau đó, bạn sẽ phải thỏa hiệp: trong đường dẫn từ đầu nối USB và không quá xa người tiêu dùng lớn nhất hiện tại.

Quy tắc "điện dung tối đa trên chân Vbus" nhằm giữ cho điện áp Vbus không đủ thấp để đặt lại các thiết bị USB khác mỗi khi cắm thiết bị USB mới.

Tôi đã thấy một vài thiết bị USB chỉ cần một hạt ferrite để giữ dòng điện xâm nhập trong thông số kỹ thuật. Chúng chỉ kết nối 2 thứ với chân Vbus của đầu nối USB: điện dung tách VBUS tối thiểu 1uF trực tiếp qua các chân Vbus và GND của đầu nối USB và hạt ferrite cung cấp năng lượng cho phần còn lại của thiết bị. Điều đó cho phép họ sử dụng điện dung ròng hơn 10 uF ở phía bên kia của hạt ferrite đó.

Hầu hết các sơ đồ cho các thiết bị hỗ trợ USB mà tôi đã xem đều có bộ điều chỉnh điện áp chuyển đổi giữa 4,45 V sang 5,25 V từ máy chủ USB sang 3,3 V được sử dụng bởi tất cả các chip trên thiết bị. Sử dụng bộ điều chỉnh điện áp với mạch "khởi động mềm" sẽ giữ dòng điện vào trong thông số kỹ thuật; cho phép nhà thiết kế đặt bất kỳ lượng điện dung nào trên đầu ra của bộ điều chỉnh - trong khoảng 3,3 V và GND - mà không có bất kỳ vấn đề nào ở phía USB.