USB-betriebenes Gerät mit mehreren Entkopplungskondensatoren

Obwohl es nicht genau das ist, wonach Sie suchen, habe ich Power-Management-ICs verwendet, um dies zu erreichen. Zum Beispiel der TPS2113APW . Ich bevorzuge diesen speziellen Chip, weil er es mir ermöglicht, Geräte mit doppelter Stromversorgung herzustellen, die entweder mit einer Steckdose oder ohne USB betrieben werden können und automatisch die Steckdose bevorzugen, wenn sie verfügbar ist.

Wenn Sie keine doppelte Stromversorgung benötigen, können Sie so etwas wie den MIC2545A verwenden

Letztendlich wird jede Kapazität "hinter" dem Power-Management-IC (dh an die IC-Ausgänge angeschlossen) vom USB nicht "gesehen". Der Bus sieht nur die Kapazität "vor" dem IC (dh an IC-Eingängen angeschlossen).

Sie müssen sich immer noch um den Einschaltstrom kümmern - den Teil "plus alle kapazitiven Effekte, die durch den Regler sichtbar sind" der Spezifikation - aber diese ICs haben auch eine variable Strombegrenzung. Ermitteln Sie die Parallelwiderstände, die Sie für eine 100-mA-Begrenzung und eine 500-mA-Begrenzung (und optional eine n-mA-Begrenzung, wenn Sie die Wandleistung begrenzen möchten) benötigen, und verwenden Sie dann FETs, um die Widerstände nach Bedarf kurzzuschließen, um verschiedene Begrenzungen zu ermöglichen.

Über diese Chips habe ich PCBs mit mehreren hundert uF an den USB angeschlossen, und ein auf Fast Current Max eingestelltes DMM hat bestätigt, dass der Einschaltstrom während des Anschlusses 100 mA nicht überschritten hat.

Ein angeschlossenes USB-Gerät darf nicht mehr als 10 uF Kapazität aufweisen. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass Sie nur 10 uF Kondensatoren haben können, es bedeutet, dass Sie den Einschaltstrom auf den Wert begrenzen müssen, der zum Laden von 10 uF beim Anschließen erforderlich ist. Aus der USB-Spezifikation:

Die maximale Last (CRPB), die am nachgeschalteten Ende eines Kabels platziert werden kann, beträgt 10 μF parallel zu 44 Ω. Die Kapazität von 10 μF stellt jeden Bypass-Kondensator dar, der in der Funktion direkt über die VBUS-Leitungen angeschlossen ist, sowie alle kapazitiven Effekte, die durch den Regler im Gerät sichtbar sind. Der 44-Ω-Widerstand stellt eine Einheitslast des Stroms dar, der vom Gerät während des Anschließens gezogen wird.

Außerdem:

Wenn im Gerät mehr Bypass-Kapazität erforderlich ist, muss das Gerät eine Form von VBUS-Stoßstrombegrenzung enthalten, so dass es den Eigenschaften der oben genannten Last entspricht.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, darf Ihr Gerät beim Anschluss ohne Verhandlung 1 Netzteil oder 100 mA ziehen.

Wenn ich ein Hochleistungs-USB-Gerät entwerfen würde, würde ich:

A. Lebe mit der 10-uF-Anforderung, z. B. wenn ich ein Schaltnetzteil verwende oder wenn meine VDD 3,3 V beträgt

oder

B. Verwenden Sie eine "Soft-Start" -Schaltung wie einen 47-Ohm-Widerstand in Reihe mit meinem enormen Bulk-Kondensator. Verwenden Sie einen Komparator, um die Spannung über dem Bulk-Kondensator zu messen. Wenn die Spannung innerhalb von 100 mV der USB-Busspannung liegt, lassen Sie den Komparator einen P-MOSFET einschalten, der den 47-Ohm-Widerstand kurzschließt.

Die 100 nF sind die wichtigsten. Achten Sie darauf, diese und wie Sie sagen, so nah wie möglich an den Stiften zu platzieren.

2,2/4,7 µF parallel zu schalten ist ein hoher Wert und sollte in einem ordentlich entkoppelten Netzteil nicht verlangt werden. Vor allem nicht auf jedem IC. Hier wird die Stromversorgung etwas entfernt sein, und dann wird ein Kondensator von einigen µF dringend empfohlen. Verwenden Sie den höchsten Wert, den Sie sich nach Abzug der 100 nFs noch leisten können, und platzieren Sie diesen in der Nähe des ICs, der den meisten Strom zieht, es sei denn, dies wäre das andere Ende, an dem der USB in die Leiterplatte eintritt. Dann müssen Sie Kompromisse eingehen: auf dem Weg vom USB-Anschluss und nicht zu weit von den größten Stromverbrauchern entfernt.

Die Regel "maximale Kapazität über dem Vbus-Pin" soll verhindern, dass die Vbus-Spannung so weit abfällt, dass die anderen USB-Geräte zurückgesetzt werden, wenn ein neues USB-Gerät angeschlossen wird.

Ich habe einige USB-Geräte gesehen, die nur eine Ferritperle benötigen, um den Einschaltstrom innerhalb der Spezifikationen zu halten. Sie verbinden nur 2 Dinge mit dem Vbus-Pin des USB-Anschlusses: die minimale VBUS-Entkopplungskapazität von 1 uF direkt über den Vbus- und GND-Pins des USB-Anschlusses und eine Ferritperle, die den Rest des Geräts mit Strom versorgt. Dadurch können sie auf der anderen Seite dieser Ferritperle eine Nettokapazität von etwas mehr als 10 uF verwenden.

Die meisten Schaltpläne für USB-betriebene Geräte, die ich mir angesehen habe, haben einen Spannungsregler, der zwischen 4,45 V und 5,25 V vom USB-Host in die 3,3 V umwandelt, die von allen Chips auf dem Gerät verwendet werden. Die Verwendung eines Spannungsreglers mit einer „Soft-Start“-Schaltung hält den Einschaltstrom innerhalb der Spezifikationen; Dadurch kann der Designer auf der USB-Seite ohne Probleme eine beliebige Kapazität an den Ausgang des Reglers legen - zwischen 3,3 V und GND.