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Sep 12, 2023

USB4® 및 Thunderbolt® 4를 위한 TDK TVS 신호 무결성

USB를 사용하는 주변기기는 널리 사용되고 있으며, 이들의 커넥터는

USB를 사용하는 주변기기는 널리 사용되고 있으며, 그 커넥터는 정전기 방전(ESD)이라는 환경 현상에 노출될 수 있습니다. 이로 인해 휴대용 장치 내의 민감한 전자 회로가 손상될 수 있습니다. 이 문제에 대한 표준 접근 방식은 내부에 보호 구성 요소를 추가하는 것입니다. 이 구성 요소는 민감한 IC에서 과전류의 방향을 바꾸고 전달된 에너지를 흡수함으로써 IC의 임계값 수준 아래로 높고 잠재적으로 손상을 줄 수 있는 전압 수준을 억제합니다. 이러한 보호 장치는 일반 작동 중에 회로에 보이지 않아야 하며 보호되는 라인의 통신 신호를 손상시키지 않아야 합니다. 오랫동안 시장에 나와 다른 프로토콜과 별도로 개발된 USB 2.0 및 USB 3.2까지의 후속 세대와 달리 USB4® 및 Thunderbolt 3은 동일한 "USB4 전기 적합성 테스트 사양"을 따릅니다. 신호 주파수 관점에서 보면 Thunderbolt 3 신호와 Thunderbolt 4 신호는 동일합니다. 따라서 ESD 보호 솔루션도 동일합니다. 실제로 이는 통신 회선에 사용되는 주파수가 동일하기 때문에 이러한 프로토콜 중 하나를 위해 설계된 ESD 보호 솔루션이 다른 프로토콜에도 사용될 수 있음을 의미합니다.

USB4 구현자 포럼(USB-IF)은 단일 USB4 Type-C® 커넥터를 통해 디스플레이, 데이터 및 로드/저장 기능을 제공하는 동시에 기존 USB 에코시스템과의 호환성을 유지하는 것을 목표로 최신 프로토콜을 개발했습니다. Alt 모드에서 Thunderbolt 4(TBT4) 시스템도 지원하는 USB4 Type-C 커넥터를 통해 Thunderbolt® 제품과 호환됩니다[참조: www.usb.org]. 이 커넥터는 커넥터 양쪽에 미러링 핀을 만들어 반전 가능한 플러그형이라는 편리한 사실로 인해 널리 채택되었습니다. 이러한 핀은 일상적인 사용 중에 ESD 이벤트에 쉽게 노출될 수 있으므로 적절한 ESD 보호 기능을 사용하여 연결해야 합니다.

아래 그림은 USB-C 플러그에 사용되는 24핀의 배열을 보여줍니다. 가장 좋은 방법은 ESD 보호 장치를 과도 이벤트 소스, 즉 커넥터에 최대한 가깝게 배치하는 것입니다. 이는 많은 공간을 차지하지 않으면서 충분한 보호 기능을 제공하는 소형화된 과전압 억제 장치가 필요하다는 것을 의미합니다. 아래에 설명된 24개의 커넥터 핀 중 4개는 접지 연결에 사용되며 보호가 필요하지 않습니다. 콘센트 인터페이스 [참조 : www.usb.org]

USB Type-C 플러그 팁의 리버서블 디자인과 측면의 D+ 및 D-핀 이중화로 인해 18핀이 연결됩니다. D-/D+는 USB 2.0 차동 + 및 – 쌍을 연결하는 데 사용되는 핀입니다. 따라서 콘센트 쪽이 USB 2.0 차동 쌍 핀(열 위와 아래에 위치)을 모두 지원하는 경우 충분하며, 플러그 방향에 따라 활성화될 쌍이 결정됩니다.

GND – 접지 리턴으로 표시된 것은 PCB에 연결된 모든 접지 리턴 핀입니다. Tx 및 Rx 핀은 고속 데이터에 사용되며 해당 라인의 신호 무결성을 고려하여 이러한 핀의 보호를 신중하게 선택해야 합니다.

VBUS – 더 높은 전압과 전류를 지원하는 버스 전원 핀을 사용하면 해당 핀을 통해 빠르게 충전할 수 있습니다. 버스 핀의 정격 전압은 최대 20V이고 전류는 최대 5A이며 최대 전력은 100W입니다.

앞서 언급한 USB Type-C 포트의 장점 외에도 USB PD(Power Delivery) 프로토콜을 사용하면 최종 장치를 빠르게 충전하고 최종 사용자에게 더 많은 유연성을 제공할 수 있습니다. USB PD에 지정된 전압은 최대 48V이며, 아래와 같이 확장 전력 범위(EPR) 케이블[참조: "USB Type-C 케이블 커넥터 사양," 2022년 10월]과 함께 사용할 수 있습니다.

참고 1: USB BC 1.2 사양에서는 전원 공급자가 0.5A ~ 1.5A 사이의 전력 수준을 지원하도록 설계할 수 있지만, USB Type-C 사양에서는 USB BC 1.2를 지원하는 소스 포트가 최소한 다음을 수행할 수 있어야 합니다. USB BC 1.2 전원 공급자 종단을 지원하는 것 외에도 1.5A를 공급하고 1.5A에서 USB Type-C 전류를 광고합니다.