Urządzenie zasilane przez USB z wieloma kondensatorami odsprzęgającymi

Mam urządzenie zasilane przez USB z wieloma układami scalonymi. Z tego, co przeczytałem, standardową praktyką jest stosowanie kombinacji kondensatorów wielozakresowych do oddzielania każdego układu scalonego, przy czym najmniejszy jest możliwie jak najbliżej, a większe kondensatory nie są zbyt daleko.

Mam jednak dylemat:

Według tego źródła maksymalna dopuszczalna pojemność odsprzęgająca dla urządzenia USB wynosi 10uF. Ponieważ kilka układów scalonych ma kombinację kondensatorów odsprzęgających 0,1 uF i 2,2 uF / 4,7 uF, łatwo przekraczam ten limit, ponieważ wszystkie są równoległe.

Jedynym rozwiązaniem, jakie mogę wymyślić, jest zmniejszenie / wyeliminowanie większego kondensatora odsprzęgającego i / lub próba zlepienia kilku większych kondensatorów odsprzęgających razem, przy jednoczesnym utrzymywaniu mniejszych kondensatorów odsprzęgających blisko każdego układu scalonego.

Moim zdaniem żadne z tych rozwiązań nie wydaje się idealne. Jaki jest zalecany układ odsprzęgania dla wielu układów scalonych na urządzeniu zasilanym przez USB?

Teoretyczny pobór mocy wszystkich używanych układów scalonych jest nadal poniżej limitu, który można dostarczyć przez USB 2.0.

Chociaż nie do końca to, czego szukasz, użyłem układów scalonych do zarządzania energią, aby to osiągnąć. Na przykład TPS2113APW . Wolę ten konkretny układ, ponieważ pozwala mi na tworzenie urządzeń o podwójnym zasilaniu, które mogą działać zarówno z brodą ścienną, jak i poza USB, automatycznie preferując zasilanie ścienne, jeśli jest dostępne.

Jeśli nie potrzebujesz podwójnego zasilania, możesz użyć czegoś takiego jak MIC2545A

Ostatecznie, żadna pojemność „za” układem zarządzania energią (tj. Podłączona do wyjść układu scalonego) nie jest „widoczna” przez USB; magistrala widzi tylko pojemność „przed” układem scalonym (tzn. podłączonym do wejść układu scalonego).

Nadal musisz się martwić prądem rozruchowym - częścią specyfikacji „plus efekty pojemnościowe widoczne przez regulator” - ale te układy scalone mają również zmienne ograniczenie prądu. Sprawdź równoległe rezystory, które musisz mieć ograniczenie 100 mA i ograniczenie 500 mA (i opcjonalnie ograniczenie n mA, jeśli chcesz ograniczyć moc na ścianie), a następnie użyj FET, aby w razie potrzeby zewrzeć rezystory, aby umożliwić różne ograniczenia.

Poprzez te układy podłączyłem do USB płytki z kilkoma setkami uF, a DMM ustawiony na szybki prąd max potwierdził, że rozruch podczas podłączania nie przekraczał 100 mA.

Podłączone urządzenie USB nie może prezentować pojemności większej niż 10uF. Nie musi to oznaczać, że możesz mieć tylko 10 uF kondensatorów, oznacza to, że musisz ograniczyć prąd rozruchowy do tego, który jest wymagany do naładowania 10 uF po podłączeniu. Ze specyfikacji USB:

Maksymalne obciążenie (CRPB), które można umieścić na dolnym końcu kabla, wynosi 10 μF równolegle przy 44 Ω. Pojemność 10 μF reprezentuje dowolny kondensator obejściowy podłączony bezpośrednio do linii VBUS w funkcji oraz wszelkie efekty pojemnościowe widoczne przez regulator w urządzeniu. Rezystancja 44 Ω reprezentuje jedno obciążenie jednostkowe prądu pobieranego przez urządzenie podczas połączenia.

Ponadto:

Jeśli w urządzeniu wymagana jest większa pojemność obejściowa, wówczas urządzenie musi zawierać pewną formę ograniczenia prądu udarowego VBUS, tak aby pasował do charakterystyki powyższego obciążenia.

Jak zapewne wiesz, Twoje urządzenie może pobierać 1 jednostkę mocy lub 100 mA po podłączeniu bez żadnych negocjacji.

Gdybym projektował urządzenie USB dużej mocy, to:

A. Żyć z wymogiem 10uF, na przykład jeśli używam zasilacza impulsowego lub jeśli mój VDD będzie wynosił 3,3 V

lub

B. Użyj obwodu „miękkiego startu”, takiego jak rezystor 47 Ω połączony szeregowo z moim ogromnym kondensatorem pojemnościowym. Użyj komparatora, aby wyczuć napięcie na kondensatorze. Gdy napięcie mieści się w zakresie 100 mV od napięcia magistrali USB, włącz komparator P-MOSFET, który zwiera rezystor 47 omów.

Najważniejsze są te 100 nF. Umieść je tak, jak mówisz, jak najbliżej szpilek.

Umieszczenie równoległe 2,2 / 4,7 µF jest dużą wartością i nie powinno być wymagane w prawidłowo odłączonym zasilaczu. Zwłaszcza nie na każdym IC. Tutaj zasilacz będzie w pewnej odległości, a następnie zdecydowanie zalecamy kondensator o pojemności kilku µF. Użyj najwyższej wartości, na którą wciąż możesz sobie pozwolić po odjęciu 100 nF, i umieść ją w pobliżu układu scalonego, który pobierze największy prąd, chyba że byłby to drugi koniec miejsca, w którym USB wchodzi do płytki drukowanej. Następnie musisz iść na kompromis: w ścieżce od złącza USB i nie za daleko od największych obecnych konsumentów.

Zasada „maksymalnej pojemności na pinie Vbus” ma na celu zapobieganie spadkowi napięcia Vbus na tyle niskim, aby zresetować inne urządzenia USB, gdy tylko nowe urządzenie USB zostanie podłączone.

Widziałem kilka urządzeń USB, które potrzebują tylko ferrytowego koralika, aby utrzymać prąd rozruchowy w ramach specyfikacji. Łączą tylko 2 rzeczy do styku Vbus złącza USB: minimalną pojemność odsprzęgającą VBUS 1uF bezpośrednio na stykach Vbus i GND złącza USB oraz ferrytowy koralik, który zasila resztę urządzenia. To pozwala im na użycie pojemności netto nieco większej niż 10 uF po drugiej stronie tego koralika ferrytowego.

Większość schematów dla urządzeń zasilanych przez USB, na które patrzyłem, ma regulator napięcia, który konwertuje między 4,45 V do 5,25 V z hosta USB na 3,3 V używanego przez wszystkie układy w urządzeniu. Zastosowanie regulatora napięcia z obwodem „miękkiego startu” utrzymuje prąd rozruchowy w granicach specyfikacji; pozwala to projektantowi na umieszczenie dowolnej pojemności na wyjściu regulatora - między 3,3 V a GND - bez żadnych problemów po stronie USB.