深入解析TPD8S300：USB Type - C端口保护的理想之选

在当今的电子设备中，USB Type - C接口的应用越来越广泛。然而，随之而来的端口保护问题也日益凸显。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的TPD8S300，一款专门为USB Type - C端口提供保护的芯片。

文件下载：tpd8s300.pdf

一、TPD8S300概述

TPD8S300是一款单芯片USB Type - C端口保护解决方案，它能提供20V的$V{BUS}$短路过压保护以及IEC ESD保护。由于USB Type - C连接器的引脚间距小，加上市场上存在不符合规格的线缆和配件，$V{BUS}$引脚很容易与CC和SBU引脚短路。因此，CC和SBU引脚需要具备20V的耐受能力，而TPD8S300正好满足了这一需求。

二、特性亮点

2.1 4通道$BUS$短路过压保护

TPD8S300为CC1、CC2、SBU1、SBU2引脚提供4通道的$BUS$短路过压保护，能够耐受24VDC。这是因为根据USB PD规范，$V_{BUS}$在20V工作时，允许电压波动到21V，在电压转换时甚至可达21.5V。TPD8S300内置了高达24V的耐受能力，为可能违反规范的USB PD适配器提供了一定的余量。

当发生短路事件时，由于热插拔事件中的RLC元件会产生振铃现象。TPD8S300内置了电路保护来处理这种振铃，其用于IEC ESD保护的二极管钳位会限制振铃电压，同时内部集成的过压保护FET能够耐受30V的电压，确保在短路事件中正常工作。

2.2 8通道IEC 61000 - 4 - 2 ESD保护

该芯片为CC1、CC2、SBU1、SBU2、DP_T、DM_T、DP_B、DM_B引脚集成了8通道的IEC 61000 - 4 - 2 ESD保护。这意味着它能为USB Type - C连接器上的所有低速引脚提供ESD保护，而且对于CC和SBU线路，还提供了24V DC耐受的高压IEC ESD保护，这种集成式的保护在市场上并不多见。

2.3 CC1、CC2过压保护FET的高电流能力

USB Type - C连接器的CC引脚有多种功能，其中之一是为有源电缆提供电源，即VCONN。TPD8S300的CC1、CC2过压保护FET能够处理高达600mA的直流电流，其低导通电阻能够为有源电缆提供符合规范的VCONN电压，不仅满足标准的1W要求，还能支持备用模式。

2.4 集成CC无电电池电阻器

当USB Type - C连接器作为电池供电设备的唯一电源时，即使电池没电，设备也需要能够从该连接器充电。TPD8S300集成了高压无电电池RD下拉电阻，在无电电池状态下，通过将RPD_G1和RPD_G2引脚分别连接到C_CC1和CCC2引脚，使USB Type - C电源适配器能够在电池没电时为$V{BUS}$供电。

2.5 小巧封装

TPD8S300采用3mm × 3mm的WQFN封装，大大减小了实现类似保护解决方案的尺寸，并且其引脚布局经过优化，便于与TPS6598x系列的USB Type - C/PD控制器进行布线。

三、应用领域

TPD8S300适用于多种电子设备，如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、监视器和电视以及扩展坞等。这些设备的USB Type - C端口都面临着短路过压和ESD的风险，TPD8S300能够为它们提供可靠的保护。

四、设计要点

4.1 VBIAS电容选择

VBIAS引脚需要一个至少35V额定电压的电容，推荐使用50V的X7R电容。这是因为在短路事件中，VBIAS引脚可能会承受较高的电压，而50V X7R电容具有良好的降压性能，能够减少电容值的下降，从而提高短路性能和IEC ESD保护性能。

4.2 无电电池操作

如果需要支持无电电池充电，需要将RPD_G1和RPD_G2引脚分别连接到C_CC1和C_CC2引脚。同时，TPD8S300需要与PD控制器共享相同的电源，以确保在无电电池状态下能够正常工作。

4.3 CC线电容

USB PD规范对CC线上的总电容有要求，必须在200pF至600pF之间。因此，在设计时需要考虑TPS65982、TPD8S300和外部电容的电容值总和，确保满足规范要求。

4.4 额外的ESD保护

如果需要在CC或SBU线路上添加额外的IEC ESD保护，应使用具有高于21.5V反向耐压的高压ESD保护二极管，并且不建议使用深度回滞二极管，以避免在短路事件中二极管损坏。

4.5 FLT引脚操作

当发生$V_{BUS}$短路事件时，FLT引脚会在20μs内发出信号，通知PD控制器。对于DFP和使用TPS65982作为DRP的应用，建议使用FLT引脚来强制断开端口，以避免其他设备或电缆受损。对于UFP，TPD8S300会自动强制断开。

4.6 未使用引脚连接

如果设计中未使用RPD_Gx或Dx引脚，应将它们连接到GND。

五、布局指南

5.1 电容放置

旁路电容应尽可能靠近$V{PWR}$引脚，ESD保护电容应尽可能靠近$V{BIAS}$引脚，并且电容必须连接到坚固的接地，以减少瞬态事件中的电压干扰。

5.2 线路布线

USB2.0和SBU线路应尽可能直，减少尖锐弯曲。C_CC1、C_CC2、C_SBU1、C_SBU2、D1、D2、D3和D4引脚应遵循标准的ESD建议。

5.3 设备放置

设备应尽可能靠近连接器，以减少ESD事件中的EMI耦合。同时，应避免未受保护的线路靠近TPD8S300和连接器之间的受保护线路。

六、总结

TPD8S300凭借其丰富的保护功能、小巧的封装以及良好的性能，成为了USB Type - C端口保护的理想选择。在设计USB Type - C系统时，电子工程师们可以充分利用TPD8S300的特性，确保系统的可靠性和稳定性。不过，在实际应用中，还需要根据具体的设计要求和应用场景，合理选择电容、处理无电电池情况以及进行正确的布局布线。大家在使用TPD8S300的过程中，有没有遇到什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。