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USB 芯片的电路及 PCB 设计的重要注意事项 1
USB 芯片的电路及 PCB 设计的重要注意事项
版本:2D


1、摘要
本文主要针对以下因电路及 PCB 设计不佳而引起的故障现象进行分析和解答
⑴、关于 USB 设备带电热插拔:(重要)
用 CH374、CH375 设计的 USB-HOST 电路中,当某些 USB 设备带电插入时,工作不正常或者芯片发热
⑵、关于设计 的 USB 产品:
用 CH372、CH374、CH375、CH341 等 USB 芯片设计 电源电压的 USB 产品时需要注意的事项
⑶、关于 USB 主从模式切换:
用 CH374、CH375 设计的 USB-HOST 和 USB-DEVICE 产品中,如何识别并进行 USB 主从模式切换
⑷、关于工作稳定性和抗干扰:(重要)
用 CH372、CH375、CH341 等 USB 芯片设计的 USB 产品,如何提高可靠性和抗干扰能力


2、USB 设备带电热插拔
. 故障现象
在使用 CH375 评估板的过程中,或者在自行设计的 USB-HOST 产品中,某些 USB 设备带电插入时:
①导致 CH375 复位或者单片机复位(尤其是采用μP 监控电路的单片机系统)
② CH375 或者单片机突然工作不正常,失去控制
③ CH375 芯片的工作电流突然增大并且持续如此,时间长了芯片发热烫手甚至芯片损坏
. 原因分析
USB 支持动态带电插拔,以 CH375 评估板使用 U 盘为例。由于 U 盘内部都有电源退耦电容,当 U 盘刚
插入 USB-HOST 插座时,评估板必然要对其充电,由于瞬间充电电流很大(微秒级瞬间峰值可达几安培),
所以导致主机端的电源电压 VCC 突降(用高速的数字存储示波器可以看出,越靠近 USB 插座的位置,电源
电压降得越严重), 这个电压突降过程可能只有几十微秒甚至几百纳秒,但是一旦被 CH375 或者 uP 监控电
路检测到,就会被当作电源上电或者电源下电,从而有可能导致 CH375 和单片机被复位。并且,由于 U 盘
插入过程引起的电压突降是一种不确定的瞬时状态,例如几十纳秒的电压突降,所以有可能使 CH375 或者
单片机不完全复位,从而工作不正常。
另外,由于 CH375 的 V3 引脚接有电容,在 U 盘插入过程中,如果 CH375 的 VCC 引脚的电源电压突降
到 以下,而 CH375 的 V3 引脚被其外接电容保持在 以上,出现 CH375 的普通引脚电压超过电源
引脚 VCC 的特殊情况,那么将容易导致 CMOS 电路 CH375 出现大电流闩锁,芯片发热,长时间还会损坏。
如果 CH375 的 V3 引脚不接电容,则不会出现大电流,V3 引脚的电容用于内部电源节点退耦,改善 USB 传
输过程中的 EMI,通常容量是在 4700pF 到 范围,建议容量为 ,即 103 电容。
由于有些 USB 设备内部的电源退耦电容较小,或者内部串有限流电阻或者电感,所以只有少数峰值电
流较大的 USB 设备会在某些条件下出现上述现象,而且