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USBType-C开关应用浅析（二）

来源:电子工程专辑发布时间:2022-06-25

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随着时代的发展，手机、平板等电子设备上的3.5mm耳机孔逐渐被Type-C耳机所取代。取消3.5mm的耳机孔，将会为手机内部结构节省空间，节省的空间可以用于增加电池容量，增加手机的续航能力;取消3.5mm的耳机孔，还可以将手机做的更轻薄，给客户带来更好的用户体验。由于接口的减少，同时可以很好的增强设备的防水和防尘能力，也向手机无接口化的目标推进了一步。

在USB Type-C开关应用浅析(一)中，介绍了高速、低功耗的双刀/双掷(DPDT)模拟开关DIO5000。DIO5000由于DP/DM信号具有20V的过压保护和1.5G高带宽的出色性能，受到客户的一致好评。

本期内容介绍：业内领先的USB Type-C 3:1模拟开关DIO4483。

Type-C耳机需要接口支持USB和Audio信号的切换，但实际应用中，客户常常还需要一个通道做私有充电协议或者UART调试，因此，帝奥微设计了一款支持USB、UART和Audio信号的3:1模拟开关DIO4483。

图1：典型应用框图

由于USB Type-C连接器中的各引脚极为靠近，相邻引脚的间距只有0.25mm，从下图可以看到CC和SBU引脚与VBUS相邻，考虑到VBUS电压可高达20V，扭绞电缆、连接器内的碎屑积聚或者接口潮湿等都有可能导致Type-C接口的信号线接触到VBUS的高压，下游电路可能会受到20V电压的冲击而损坏。因此DIO4483的USB Type-C引脚支持高达20V耐压。

图2：Type-C引脚定义

DIO4483是一款高性能的Type-C模拟开关，支持传输USB2.0信号、模拟音频信号和UART信号。其支持OMTP和CTIA耳机标准的引脚检测和切换。Type-C引脚上集成过压保护功能，支持20V的高耐压，25V的抗浪涌电流能力和2kV的抗静电能力。

1.)3:1模拟开关

当前，帝奥微拥有一款市场主流的多功能高性能USB Type-C 模拟开关DIO4480，其允许共用 USB Type-C引脚共享来传递 USB信号、高保真音频信号、边带信号和模拟麦克风信号，能自动检测插入的插头的类型，并根据检测结果自动配置相应开关，耳机拔出以后能自动快速切回到USB模式。DIO4480由于其出色的性能，受到市场的广泛认可。

DIO4483的升级功能之一是在DIO4480的基础上增加了一个RX/TX通道，方便客户使用私有充电协议。其实际应用框图如图3。

图3：DIO4483应用框图

A.USB通道

众所周知，USB眼图是衡量USB信号是否能很好的通过，或者说信号完整性的最重要的工具之一。眼图张开越大，对噪音和抖动的容许误差越大，同时接收器判断信号的准确度越高，对系统设计更友好，有更大的线损和寄生电容设计余量,布局和走线的容错率更高。

DIO4483在提供较好的保护功能，同时确保USB信号良好的传输性。

下图4是DIO4483的眼图测试结果,其眼图张开程度非常好。

图4：DIO4483 USB眼图

B.音频通道

在音频系统中，比较重要的一个指标就是总谐波失真加噪声(THD+N)。THD+N是信号中均方根噪声电压加上信号的各谐波分量的均方根电压值与信号基波的均方根电压之比，单位可以是dB或百分比。DIO4483的THD+N典型值为-110dB。下图5是DIO4483的THD测试图，THD+N的值越小，表示信号失真越小，音频的信号质量越好。

图5：DIO4483的THD测试图

C.UART通道

随着手机快充技术的发展，市场上涌现了各种不同的快充协议。例如:各大手机厂家的快充协议、高通的QC快充协议、联发科的PE快充协议、通用的PD快充协议以及中国融合快充标准UFCS等。而充电协议一般需要单独的通讯通道，这时DIO4483定制的RX/TX通道就可以很好的应用于私有充电协议。DIO4483的RX/TX的带宽高达800MHz，给客户的设计需求留有足够的余量。

2.)OVP功能

DIO4483与Type-C连接器的引脚具有OVP保护能力，当连接器的引脚与VBUS出现短路造成的异常高压时，它会触发OVP保护，迅速关断以保护后端器件。如图6所示，DIO4483由于过高电压，OVP触发保护，且响应速度极快，能很快速的断开连接保护器件。另外，DIO4483的OVP电压阈值可以通过寄存器修改，如图7所示。

图6：DIO4483 OVP保护测试

图7：DIO4483 OVP阈值设定

3.)抗浪涌能力

DIO4483的SBUx引脚具有±32V的抗浪涌能力，如果客户的SBUx的浪涌要求低于32V以下，SBUx引脚则无需外加额外的TVS进行浪涌保护，可以为客户节省成本。下图8是DIO4483的SBUx引脚浪涌测试。

图8：DIO4483 SBUx引脚浪涌测试

4.)兼容性

DIO4483采用超小芯片封装WLCSP-25，与DIO4480是一样的封装，具有很好的兼容性。尺寸仅2.24mm*2.28mm*0.586mm，可以为客户PCB节省很大的空间，非常适用于像智能手机、VR眼镜和平板电脑等空间受限的移动应用，它还可用于计算设备，包括笔记本电脑、台式电脑和混合式笔记本电脑。它可工作于-40°C 至+85°C 的环境温度。