複数のデカップリングコンデンサを備えたUSB電源デバイス

複数のICを搭載したUSB電源デバイスを持っています。私が読んだことから、個々のICをデカップリングするために複数の範囲のコンデンサの組み合わせを使用するのが標準的な方法です。

しかし、私はジレンマにぶつかっています。

この情報源によると、USBデバイスの最大許容デカップリング容量は10uFです。0.1uFと2.2uF / 4.7uFのデカップリングコンデンサを組み合わせたすべてのICがあるため、すべてが並列であるため、この制限を簡単に超えてしまいます。

私が考えることができる唯一の解決策は、大きなデカップリングコンデンサを削減/排除すること、および/またはいくつかのICの大きなデカップリングコンデンサをまとめて、小さなデカップリングコンデンサを各ICの近くに維持することです。

私の考えでは、これらのソリューションはどちらも理想的ではありません。USB電源デバイスの複数のICに推奨されるデカップリングレイアウトは何ですか？

使用中のすべてのICの理論上の消費電力は、USB 2.0を介して供給できる制限を下回っています。

あなたが探しているものとは正確には異なりますが、私はこれを達成するために電源管理ICを使用しました。たとえば、TPS2113APWです。私はこの特定のチップを好みます。それは、ウォールウォートまたはUSBを使用せずに動作できるデュアルパワーデバイスを作成でき、利用可能であれば自動的にウォールパワーを優先するからです。

デュアル電源が必要ない場合は、MIC2545Aなどを使用できます。

結局のところ、電源管理ICの「背後」にある静電容量（つまり、IC出力に接続されている）は、USBからは見えません。バスは、ICの「前」の容量のみを認識します（つまり、IC入力に接続されています）。

突入電流については、仕様の「レギュレータを介して見える静電容量効果に加えて」の部分についても心配する必要がありますが、これらのICにも可変電流制限があります。100 mA制限と500 mA制限（および必要に応じてウォールパワーを制限する場合はn mA制限）に必要な並列抵抗を把握し、必要に応じてFETを使用して抵抗を短絡し、さまざまな制限を有効にします。

これらのチップを通じて、数百uFのPCBをUSBに接続し、DMMを高速電流最大に設定して、接続中の突入電流が100 mAを超えないことを確認しました。

USBデバイスは、接続時に10uFを超える容量を提供できません。これは必ずしも10uFのコンデンサしか使用できないことを意味するのではなく、接続時に突入電流を10uFの充電に必要な値に制限する必要があることを意味します。USB仕様から：

ケーブルのダウンストリームエンドに配置できる最大負荷（CRPB）は、44Ωと並列に10μFです。10μFの静電容量は、機能のVBUSラインに直接接続されているバイパスコンデンサと、デバイスのレギュレーターを通して見える静電容量効果を表します。44Ω抵抗は、接続中にデバイスが引き出す電流の1つの単位負荷を表します。

さらに：

デバイスでより多くのバイパスキャパシタンスが必要な場合、デバイスは、上記の負荷の特性に一致するように、何らかの形のVBUSサージ電流制限を組み込む必要があります。

おそらくご存じのとおり、デバイスはネゴシエーションなしで接続すると1パワーユニット、つまり100mAを引き出すことができます。

高出力USBデバイスを設計している場合は、次のようにします。

A.スイッチング電源を使用している場合や、VDDが3.3Vになる場合など、10uFの要件を満たしている

または

B.巨大なバルクコンデンサと直列に47オームの抵抗などの「ソフトスタート」回路を使用します。コンパレータを使用して、バルクコンデンサの両端の電圧を検出します。電圧がUSBバス電圧の100mV以内の場合、コンパレーターにP-MOSFETをオンにして、47オームの抵抗を短絡させます。

100 nFのものが最も重要です。それらをあなたが言うようにピンにできるだけ近づけて配置してください。

並列に配置する2.2 / 4,7 µFは高い値であり、適切に分離された電源では必要ありません。特に各ICにはありません。ここでは、電源が少し離れているため、数µFのコンデンサを強くお勧めします。100 nFを差し引いた後でも余裕のある最高値を使用し、USBがPCBに入るもう一方の端でない限り、それを最も電流が流れるICの近くに配置します。次に、妥協する必要があります。USBコネクタからの経路で、現在の最大の消費者からそれほど遠くない。

「VBUSピン両端の最大容量」のルールは、新しいUSBデバイスが接続されるたびに、他のUSBデバイスをリセットするために十分な低ドロップするからVBUS電圧を維持することを意図しています。

突入電流を仕様範囲内に保つためにフェライトビーズのみが必要なUSBデバイスをいくつか見ました。USBコネクタのVbusピンに接続するものは2つだけです。USBコネクタのVbusピンとGNDピンに直接接続する1uFの最小VBUSデカップリングキャパシタンス、およびデバイスの残りの部分に電力を供給するフェライトビーズ。これにより、フェライトビーズの反対側で10 uFをわずかに超える正味静電容量を使用できます。

私が見てきたほとんどのUSB搭載デバイスの回路図には、USBホストからの4.45 Vから5.25 Vの間でデバイスのすべてのチップが使用する3.3 Vに変換する電圧レギュレータがあります。「ソフトスタート」回路を備えた電圧レギュレータを使用すると、突入電流が仕様内に維持されます。これにより、設計者は、USB側で問題なく、レギュレータの出力に3.3 VとGNDの間の任意の容量を配置できます。