CN110190480A - Usb数据线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种USB数据线，USB数据线包括USB接口、信号传输线、设备接口和浪涌防护电路，信号传输线包括电压传输线，USB接口包括第一VCC端，设备接口用于连接外部设备，设备接口包括第二VCC端，第一VCC端通过电压传输线与第二VCC端电连接，浪涌防护电路的一端电连接于电压传输线，另一端接地；浪涌防护电路包括第一开关；当电压传输线中传输高于第一预设电压的浪涌电压时，第一开关导通，并将电压传输线中的电压钳位在第二预设电压范围内，第一预设电压为第一开关的导通电压。本发明将电压钳位在安全电压范围以内，达到保护外接的USB设备的目的。

Description

USB数据线
技术领域
本发明涉及数据线领域，尤其涉及一种USB(通用串行总线)数据线。
背景技术
USB接口作为通用的数据接口，被广泛应用于各式各样的电子设备中，但现有的USB数据线存在一些弊端，首先就是体现在充电方面，在市电波动或反复停电来电过程中，会产生浪涌电压，浪涌电压通过充电器数据线传导到手机，容易造成移动设备的烧坏，同时电子元器件的老化也会导致充电器输出电压的升高，当输出电压高于手机端芯片的安全范围时，会将外接USB设备损坏；其次是在数据传输应用中，无线产品的设计验证阶段包括RE(辐射发射)测试项，保证EUT(被测试设备)在USB数据传输过程通过空间传播的辐射场强在预设标准范围内，然而很多时候由于数据线屏蔽效果不好，容易造成USB数据传输时RE指标超标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中USB数据线无浪涌电压保护的缺陷，提供一种USB数据线。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种USB数据线，所述USB数据线包括USB接口、信号传输线、设备接口和浪涌防护电路，所述信号传输线包括电压传输线，所述USB接口包括第一VCC端，所述设备接口用于连接外部设备，所述设备接口包括第二VCC端，所述第一VCC端通过所述电压传输线与所述第二VCC端电连接，所述浪涌防护电路的一端电连接于所述电压传输线，另一端接地；所述浪涌防护电路包括第一开关；
当所述电压传输线中传输高于第一预设电压的浪涌电压时，所述第一开关导通，并将所述电压传输线中的电压钳位在第二预设电压范围内，所述第一预设电压为所述第一开关的导通电压。
较佳地，所述第一开关为TVS(瞬态抑制二极管)管，所述TVS管的负极连入所述电压传输线，所述TVS管的正极接地。
较佳地，所述浪涌防护电路还包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容分别与所述TVS管并联；
和/或，所述TVS的正极包括第一正极和第二正极，所述第一正极和所述第二正极接地。
较佳地，所述USB数据线还包括过压防护电路，所述过压防护电路连入所述电压传输线，所述过压防护电路包括第二开关；
当所述电压传输线中传输高于所述第二开关的触发电压的电压时，所述第二开关关闭，以切断所述电压传输线中的电流。
较佳地，所述第二开关包括过压保护芯片、第一电阻和第二电阻，所述过压保护芯片包括电压输入引脚、电压输出引脚、OVPAD引脚、接地引脚和使能引脚，所述电压输入引脚通过所述电压传输线的第一子传输线与所述第一VCC端电连接，所述电压输出引脚通过所述电压传输线的第二子传输线与所述第二VCC端电连接，所述OVPAD引脚通过所述第一电阻与所述第一VCC端电连接，所述OVPAD引脚通过所述第二电阻接地，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述接地引脚和所述使能引脚接地。
较佳地，所述过压防护电路还包括第三电容，所述第三电容的一端连入所述电压传输线的第二子传输线，所述第三电容的另一端接地。
较佳地，所述信号传输线还包括至少一数据传输线，所述USB数据线包括与所述数据传输线一一对应的至少一辐射屏蔽电路，所述USB接口包括至少一第一数据端，所述设备接口包括与所述第一数据端一一对应的至少一第二数据端，所述第一数据端通过所述数据传输线与对应的所述第二数据端电连接，所述数据传输线用于传输数据信号；
所述辐射屏蔽电路连入对应的所述数据传输线，用于过滤所述数据信号中的谐波信号。
较佳地，所述辐射屏蔽电路包括π型滤波器，所述π型滤波器包括第三电阻、第四电容和第五电容，所述第一数据端通过所述数据传输线的第一子传输线与所述第三电阻的一端电连接，所述第三电阻的另一端通过所述数据传输线的第二子传输线与所述第二数据端电连接，所述第四电容的一端连入所述第一子传输线，所述第四电容的另一端接地，所述第五电容的一端连入所述第二子传输线，所述第五电容的另一端接地。
较佳地，所述USB数据线还包括接地线，所述USB接口还包括第一GND端，所述设备接口还包括第二GND端，所述第一GND端通过所述接地线与所述第二GND端电连接。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过在USB数据线设置浪涌防护电路，可以克服USB数据线的USB接口的电源供电电压突然升高而损坏设备接口外接的USB设备的问题，当USB接口有超过预设安全电压范围的浪涌电压过来后，第一开关导通，将电流释放，同时将电压钳位在安全电压范围以内，达到保护外接的USB设备的目的。另外并联的第一电容和第二电容也可作为储能元件，对电压的变化进行缓冲稳压作用，进一步提高保护外接的USB设备的安全性能。
附图说明
图1为本发明的实施例1的USB数据线的结构示意图。
图2为本发明的实施例2的USB数据线的结构示意图。
图3为本发明的实施例2的USB数据线的电路示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种USB数据线，如图1所示，USB数据线包括USB接口1、信号传输线2、设备接口3和浪涌防护电路4，信号传输线包括电压传输线21，USB接口1包括第一VCC端11，设备接口3用于连接外部设备，设备接口3包括第二VCC端31，第一VCC端11通过电压传输线21与第二VCC端31电连接，浪涌防护电路4的一端电连接于电压传输线21，另一端接地；浪涌防护电路4包括第一开关41；
当电压传输线21中传输高于第一预设电压的浪涌电压时，第一开关41导通，并将电压传输线21中的电压钳位在第二预设电压范围内，第一预设电压为第一开关41的导通电压。
当第一开关的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以极快的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压钳位于一个预定值即前述的第二预设电压范围，可有效地保护电子线路中的精密元器件，免受浪涌脉冲的损坏。
本实施例通过在USB数据线上设置浪涌防护电路，可以克服USB数据线的USB接口的电源供电电压突然升高而损坏设备接口外接的USB设备的问题，当USB接口有超过预设安全电压范围的浪涌电压过来后，第一开关导通，将电流释放，同时将电压钳位在安全电压范围以内，达到保护外接的USB设备的目的。
实施例2
本实施例提供一种USB数据线，本实施例与实施例1相比，其区别在于，如图2示，USB数据线还包括过压防护电路5和辐射屏蔽电路6。
具体的电路如图3所示，第一开关41为TVS管，TVS管的负极连入电压传输线21，TVS管的正极接地。
浪涌防护电路4还包括第一电容42和第二电容43，第一电容42和第二电容43分别与TVS管并联；TVS管的正极包括第一正极和第二正极，第一正极a和第二正极b接地。两个正极的TVS管，其浪涌防护功能更强，本实施例中选用PTVSHC3N12VU型号的TVS管，当第一VCC端有12V以上的浪涌电压过来后，第一开关41即TVS管导通，将电流释放，同时将电压钳位在20V以内。
第一电容42和第二电容43作为储能元件，对USB数据线中电压的变化进行缓冲稳压作用，达到进一步防护的目的。
过压防护电路5连入电压传输线21，过压防护电路5包括第二开关51；
当电压传输线21中传输高于第二开关51的触发电压的电压时，第二开关51关闭，以切断电压传输线21中的电流。
第二开关51包括过压保护芯片511、第一电阻512和第二电阻513，过压保护芯片511包括电压输入引脚IN1-IN3、电压输出引脚OUT1-OUT3、OVPAD引脚、接地引脚G1-G3和使能引脚EN，电压输入引脚IN1-IN3通过电压传输线的第一子传输线与第一VCC端11电连接，电压输出引脚OUT1-OUT3通过电压传输线21的第二子传输线与第二VCC端31电连接，OVPAD引脚通过第一电阻512与第一VCC端11电连接，OVPAD引脚通过第二电阻513接地，第一电阻512与第二电阻513串联，接地引脚G1-G3和使能引脚EN接地。
本实施例中选用的过压保护芯片511为型号SM5328的OVP(过压防护芯片)芯片。
过压防护电路5还包括第三电容52，第三电容52的一端连入电压传输线21的第二子传输线，第三电容52的另一端接地。
如果浪涌防护电路4的钳位电压较高，还会有一个较高的浪涌残压，当遗留的残压流到过压保护芯片511的输入引脚时，如果电压高于OVP芯片的6.6V的触发电压，这个电压会触发OVP芯片内部的一个电压侦测电路OVLO(过压锁定)电路，通过OVLO取样比较，超过6.6V的电压门限制后，在100ns内会迅速关闭OVP芯片内部的MOS(金属—绝缘体—半导体场效应晶体管)管，从而关断OVP芯片的输入和输出端。防止较高的电压泄放到后端的电路，达到更高一级的保护目的，OVP芯片的触发电压可以通过第一电阻512与第二电阻513的阻值比例的选择来确定所需要的触发电压值。
信号传输线2还包括至少一数据传输线22，为了克服USB数据传输时的RE(电磁波干扰)干扰度问题USB数据线包括与数据传输线22一一对应的至少一辐射屏蔽电路6，USB接口1包括至少一第一数据端12，设备接口2包括与第一数据端12一一对应的至少一第二数据端32，第一数据端12通过数据传输线22与对应的第二数据端32电连接，数据传输线22用于传输数据信号。
辐射屏蔽电路6连入对应的数据传输线22，用于过滤数据信号中的谐波信号。
辐射屏蔽电路6包括π型滤波器，π型滤波器包括第三电阻61、第四电容62和第五电容63，第一数据端12通过数据传输线22的第一子传输线与第三电阻61的一端电连接，第三电阻61的另一端通过数据传输线22的第二子传输线与第二数据端32电连接，第四电容62的一端连入第一子传输线，第四电容62的另一端接地，第五电容63的一端连入第二子传输线，第五电容63的另一端接地。
USB数据线还包括接地线23，USB接口1还包括第一GND端13，设备接口3还包括第二GND端33，第一GND端13通过接地线23与第二GND端33电连接。
本实施例中的π型滤波器可将USB数据线中的USB信号，在传输过程中产生的240MHz、480MHz以及960MHz等频率的谐波信号进行滤波，减少了辐射干扰信号强度，增强了USB数据线的性能。
其中，设备接口包括第二VCC端，第二数据端和第二GND端，其设备接口的类型可以为标准接口，也可以为常见的Type-A、Type-B、Type-C等类型，在此并不作具体限定。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种USB数据线，其特征在于，所述USB数据线包括USB接口、信号传输线、设备接口和浪涌防护电路，所述信号传输线包括电压传输线，所述USB接口包括第一VCC端，所述设备接口用于连接外部设备，所述设备接口包括第二VCC端，所述第一VCC端通过所述电压传输线与所述第二VCC端电连接，所述浪涌防护电路的一端电连接于所述电压传输线，另一端接地；所述浪涌防护电路包括第一开关；
当所述电压传输线中传输高于第一预设电压的浪涌电压时，所述第一开关导通，并将所述电压传输线中的电压钳位在第二预设电压范围内，所述第一预设电压为所述第一开关的导通电压。
2.如权利要求1所述的USB数据线，其特征在于，所述第一开关为TVS管，所述TVS管的负极连入所述电压传输线，所述TVS管的正极接地。
3.如权利要求2所述的USB数据线，其特征在于，所述浪涌防护电路还包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容分别与所述TVS管并联；
和/或，所述TVS的正极包括第一正极和第二正极，所述第一正极和所述第二正极接地。
4.如权利要求1所述的USB数据线，其特征在于，所述USB数据线还包括过压防护电路，所述过压防护电路连入所述电压传输线，所述过压防护电路包括第二开关；
当所述电压传输线中传输高于所述第二开关的触发电压的电压时，所述第二开关关闭，以切断所述电压传输线中的电流。
5.如权利要求4所述的USB数据线，其特征在于，所述第二开关包括过压保护芯片、第一电阻和第二电阻，所述过压保护芯片包括电压输入引脚、电压输出引脚、OVPAD引脚、接地引脚和使能引脚，所述电压输入引脚通过所述电压传输线的第一子传输线与所述第一VCC端电连接，所述电压输出引脚通过所述电压传输线的第二子传输线与所述第二VCC端电连接，所述OVPAD引脚通过所述第一电阻与所述第一VCC端电连接，所述OVPAD引脚通过所述第二电阻接地，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述接地引脚和所述使能引脚接地。
6.如权利要求5所述的USB数据线，其特征在于，所述过压防护电路还包括第三电容，所述第三电容的一端连入所述电压传输线的第二子传输线，所述第三电容的另一端接地。
7.如权利要求1所述的USB数据线，其特征在于，所述信号传输线还包括至少一数据传输线，所述USB数据线包括与所述数据传输线一一对应的至少一辐射屏蔽电路，所述USB接口包括至少一第一数据端，所述设备接口包括与所述第一数据端一一对应的至少一第二数据端，所述第一数据端通过所述数据传输线与对应的所述第二数据端电连接，所述数据传输线用于传输数据信号；
所述辐射屏蔽电路连入对应的所述数据传输线，用于过滤所述数据信号中的谐波信号。
8.如权利要求7所述的USB数据线，其特征在于，所述辐射屏蔽电路包括π型滤波器，所述π型滤波器包括第三电阻、第四电容和第五电容，所述第一数据端通过所述数据传输线的第一子传输线与所述第三电阻的一端电连接，所述第三电阻的另一端通过所述数据传输线的第二子传输线与所述第二数据端电连接，所述第四电容的一端连入所述第一子传输线，所述第四电容的另一端接地，所述第五电容的一端连入所述第二子传输线，所述第五电容的另一端接地。
9.如权利要求1所述的USB数据线，其特征在于，所述USB数据线还包括接地线，所述USB接口还包括第一GND端，所述设备接口还包括第二GND端，所述第一GND端通过所述接地线与所述第二GND端电连接。
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