A onipresente Interface USB (Universal Serial Bus) deve sofrer outra evolução mantendo o ritmo com a demanda sempre crescente por largura de banda para conectividade. Espera-se que a USB 3.0 (ou Super Speed USB) dê o maior salto adiante com respeito às velocidades de transferência, gerenciamento de energia (potência) e flexibilidade.
Tradução: Eutíquio Lopez
O protocolo USB 3.0 foi desenvolvido para fornecer as mais altas taxas de transferência de dados e aumentar a capacidade de entrega de potência, suportando os mais altos níveis de corrente em cada porta. Ele acrescenta novos recursos de gerenciamento de potência, assim como novos cabos e conectores compatíveis (com a ordem invertida) com os dispositivos USB 2.0. A mudança mais relevante consiste na adição de quatro linhas de dados (fios de cobre) em pararelo com o atual barramento USB 2.0, conforme mostra a figura 1.
Esses condutores de cobre servem para transmitir dados de alta velocidade, mas também transmitem a descarga eletrostática (ESD) e outros transientes de tensão nocivos.
Proteção contra Sobrecorrente
A USB 3.0 provê alimentação para dois componentes: um “host” padrão (conector tipo A) e um novo tipo de dispositivo energizado (conector Powered-B). A especificação da nova Super Speed aumenta a corrente que pode passar num dispositivo USB: de 0,5 A para 0,9 A. O novo conector Powered-B possibilita que um dispositivo USB carregue outro com uma corrente de até 1,0 A. Uma vez que as condições de sobrecorrente podem afetar o barramento de alimentação, uma proteção contra sobrecorrente é requerida para todas as fontes de alimentação (ex.: hosts, hubs, e dispositivos Powered-B). A proteção contra sobrecorrente é especificada também pela UL60950.
Dispositivos de proteção de sobrecorrente com capacidades de correntes maiores são necessários em sistemas que suportam carregamento de USB e USB 3.0. A especificação do carregador define a mesma pinagem do USB 2.0, porém permite maior capacidade de corrente (até 1,5 A em cada porta).
Por fim, a USB 3.0 define um novo conector (o Powered-B) cujo principal benefício consiste na maior portabilidade. Com o seu uso, um dispositivo USB pode agora alimentar outro dispositivo USB, fornecendo por exemplo: 5 V± 10%, 100 mA sem problemas. Dispositivos poliméricos PolySwitch com coeficiente de temperatura positivo (PPTCs) fornecem uma solução econômica para a proteção contra sobrecorrente em todas as aplicações citadas, seja na limitação de corrente em hosts 3.0; em hubs 3.0; em aplicações de carregamento USB ou com conector Powered-B. De acordo com a figura 2, instalando-se um PolySwitch na porta BUS de uma fonte de alimentação USB limita-se a sua corrente no caso de um curto-circuito, evitando-se assim o dano por sobrecorrente causado por um súbito evento desse tipo, o que ajuda a satisfazer a especificação UL60950.
Adicionalmente, seis dispositivos PESD da Tyco na fonte USB, acondicionados num pequeno invólucro, implementam uma proteção contra ESD (descarga eletrostática) de baixa capacitância.
Embora a USB defina o barramento de alimentação (potência), isso não elimina o risco associado com a ocorrência de sobretensões. Eventos de sobretensão podem ser provocados por uma série de condições de falha, entre elas: erro de operação do usuário, fontes de alimentação de terceiros mal reguladas, eventos de corte de energia, transientes indutivos, etc. As interfaces e os sistemas de carga (carregadores) podem gerar, inclusive, tensões negativas que venham a danificar periféricos desprotegidos. Se bem que as fontes de alimentação USB 2.0 sejam especificadas para 5 V± 5%, muitos sistemas de alto volume com interface USB 2.0 foram projetados para suportar 16 VCC (ou até mesmo 28 VCC). Testes internos realizados pela Tyco demonstraram que transientes causados por ligação/ desligamento de equipamentos energizados, embora muito rápidos, podem superar níveis de tensão entre 16 V e 24 V. Eles também identificaram carregadores de terceiros, cujas tensões de cicuito aberto excediam significativamente a especificação de 5 V± 5% da USB, o que representa uma séria ameaça para um aparelho eletrônico sensível. Colocando-se o dispositivo de proteção contra sobretensões, tais como o diodo Zener protegido por polímero (PolyZen) da Tyco nas entradas de potência de todos os dispositivos USB, particularmente na porta VBUS, isso ajuda a evitar os danos provocados pela ocorrência de sobretensões.
Em dispositivos USB 3.0, o diodo Zener PolyZen pode ser colocado no pino VBUS da porta de entrada USB, ou na porta DPWR dos plugues Powerd-B, ou ainda na entrada VBUS dos hubs USB. A figura 3 exibe a instalação do PolyZen no pino VBUS e mais seis dispositivos PESD num típico circuito USB, representando uma solução coordenada de proteção contra sobretensão.
Proteção contra ESD (Descarga Eletrostática)
Transientes de sobretensão ocorrem frequentemente devido à ESD e podem aparecer tanto no barramento de alimentação quanto nas linhas de dados. Embora os CIs atuais sejam protegidos até 2000 V, o corpo humano pode acumular facilmente carga estática até um nível de 25 000 V. Em aplicações de proteção de portas I/O (entrada- saída) requer-se o uso de um componente de baixíssima capacitância sobre as linhas de dados, o qual deverá ter grampeamento e recuperação rápidos.
O atual protocolo USB 2.0 possibilita taxas de transferência de até 480 Mbps, suportando instalação e operação “plug-and-play” com o equipamento ligado. Em comparação, a especificação USB 3.0 permite taxas de transferência de dados até uns 5 GBPS com suporte “fall- back” de segurança para a especificação USB 2.0 de menor velocidade. A USB 3.0 acrescenta quatro novos pinos no conector de suporte da nova interface SuperSpeed: USB3_TX (par diferencial) e USB3_RX (par diferencial), conforme é mostrado na figura 4.
Um esquema de proteção coordenada pode ser utilizado para melhorar a proteção contra transientes de alta corrente, alta tensão e ESD nas aplicações USB. As figuras 5, 6, 7a e 7b ilustram os dispositivos de proteção de circuitos que são adequados para USB 2.0, USB 3.0 e projetos com conector Powered-B, respectivamente.
Os dispositivos de proteção contra sobrecorrente PolySwitch auxiliam os projetistas a cumprirem os novos requisitos da especificação USB3.0, fornecendo uma solução para limitar a corrente com economia de espaço. Os dispositivos PESD provêm uma baixa capacitância (0,2 pF tipicamente), necessária para aplicações de transmissão de dados de alta velocidade e são encontrados nos formatos mais comuns da indústria eletrônica.
Os dispositivos PolyZen oferecem aos projetistas a simplicidade do diodo de grampeamento tradicional, removendo a necessidade de radiadores de calor significativos em eventos de sobretensão assistida.
Os dispositivos PolyZen oferecem aos projetistas a simplicidade do diodo de grampeamento tradicional, removendo a necessidade de radiadores de calor significativos em eventos de sobretensão assistida.
Esse simples dispositivo auxilia na proteção contra danos causados pelo emprego de fontes de alimentação impróprias, ou por transientes de tensão, ou mesmo por erros de operação do usuário. A Tyco Eletronics recomenda o uso dos seguintes dispositivos de proteção contra descarga eletrostática (ESD). Veja a tabela 1.
Obs.: Aumentando-se o número de portas, deverá aumentar também a especificação de capacidade de absorção de energia do dispositivo PolySwitch. Para proteção contra sobrecorrente USB, a empresa sugere os dispositivos listados na tabela 2.
Já para a proteção contra sobretensão USB, os dispositivos indicados estão na tabela 3.
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ResponderExcluirCreio q a esta altura do campeonato vc tenha encontrado a solução. Creio q vc consegue resolver por software, não?
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