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USB-C-Design: Herausforderungen hinsichtlich der Stromversorgung und Datenintegrität bewältigen

USB-C-Design: Herausforderungen hinsichtlich der Stromversorgung und Datenintegrität bewältigen

Der Universal Serial Bus (USB) ist die am häufigsten verwendete Schnittstelle in modernen Elektronik-/Computerdesigns: Schätzungsweise 9 bis 10 Milliarden Ports sind weltweit in Betrieb. Der Standard muss daher so weiterentwickelt werden, dass er einerseits zusätzliche Funktionen bietet,  andererseits gleichzeitig auch kompatibel mit weitverbreiteten frühen Generationen ist. Leistungsfähigere Stromversorgung und schnellere Datenübertragungsraten sorgen für neue Herausforderungen – nicht zuletzt in Bezug auf langfristige Zuverlässigkeit und Signalintegrität.

Die USB-Anbindung ist aufgrund ihrer Funktion, sowohl Strom , als auch Daten zu übertragen, (sowie aufgrund der Bemühungen der Gesetzgeber, Netzteile für tragbare Elektronikgeräte zu verdrängen), zur weltweit allgegenwärtig Auflademöglichkeit  geworden,. Flughäfen und Hotels bieten heute USB-Ladepunkte in Hülle und Fülle, während zuhause USB-Netzteile (Wall Warts) verwendet werden, um USB-Schnittstellen an das Wechselstrom anzuschließen. Mit fortschreitender USB-Technik wurde die ursprünglich mit USB 2.0 angebotene 5V-Versorgung (die eine Ausgangsleistung von 2,5W bot und hauptsächlich für die Stromversorgung der Computerperipherie verwendet wurde) durch um verschiedene Ladeprofile erweitert: 10, 18, 36, 60 und schließlich 100W sind zur USB-Power-Delivery-(PD-)Spezifikation hinzugefügt worden. Damit ist ein wesentlich schnelleres Aufladen von Elektronikgeräten möglich.

Die neueste Version des USB-Standards, USB Typ-C, ist eine kleine, vielseitige, beidseitig verwendbare Steckverbindung, mit der die Datenanbindung und Stromversorgung neu definiert wird. USB-C verbindet sowohl Host als auch Geräte und ersetzt damit Typ-A- und Typ-B-Stecker/-Kabel. USB-C baut auf dem anhaltenden Erfolg des USB-Standards auf und kombiniert die SuperSpeed USB 10Gbps (USB3.1) Datenraten sowie die USB-PD-Spezifikation mit einem neuen kleinen, reversiblen Stecker und bidirektionalen Kabel, um zusätzlichen Komfort und Vielseitigkeit zu bieten.

Die hochempfindlichen schnellen USB-C-Transceiver erfordern jedoch einen größeren Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). Dieser kann  über bidirektionale TVS-Dioden-Arrays (Transient Voltage Suppression)  erfolgen.

Aus Sicht der Stromversorgung erfordert der Anstieg der Leistung ein fortschrittlicheres Power Management. Dies bedeutet, dass Entwickler ICs mit Schutzmechanismen bezüglich thermischer Abschaltung sowie Abschaltung bei Unterspannung und Überstrom benötigen. Darüber hinaus müssen diese Bausteine kleine Formfaktoren und geringen Durchlasswiderstand aufweisen, damit die Schnittstelle im Hinblick auf Größe, Leistungsverbrauch oder thermischen Eigenschaften minimal beeinflusst wird.

Toshiba hat ein ausführliches Whitepaper erstellt. Es zeigt, wie sich mithilfe fortschrittlicher ICs und diskreter Bauelementen die Herausforderungen bei der Integration effektiver USB-Typ-C-Designs bewältigen lassen. Zum Download dieses Whitepaper klicken Sie hier:

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