USB协议分析仪的电源设计需兼顾协议兼容性、高精度采样、多接口支持、安全保护及硬件优化，以确保在复杂通信环境中稳定捕获协议细节。以下是具体设计要点：
1. 协议兼容性：多接口电源适配
- Type-C与USB-A混合支持：现代USB协议分析仪需同时支持Type-C和USB-A接口，以兼容不同设备。例如：
- Type-C接口：需配置CC引脚（CC1/CC2）的下拉电阻（如5.1kΩ），以支持USB PD协议的功率协商。当设备插入Type-C充电器时，主机通过检测CC引脚电阻确认设备类型，并协商供电电压（如5V、9V、20V）和电流（最高5A）。
- USB-A接口：需满足USB规范中的电源要求，如初始电流限制（100mA）和最大电流（500mA），并通过软件请求提升电流上限。
- 多协议支持：需集成USB PD、QC（Quick Charge）、AFC（Apple Fast Charging）等协议的解析能力，通过硬件电路（如PD控制器）和软件算法实现协议识别与电源管理。
2. 高精度采样：电源完整性保障
- 电压/电流采样电路：
- 采样电阻：使用低阻值、高精度电阻（如两个0.13Ω电阻并联），以减少功率损耗并提高采样精度。例如，在2A电流下，并联电阻的压降为0.26V，需通过放大电路（如LMV321运算放大器，放大倍数14倍）将信号调整至单片机ADC可测范围（如0-3.3V）。
- 分压电路：对于USB DN/DP引脚（电压范围0-5V），需使用高阻值分压电阻（如两个300kΩ串联），避免对协议信号产生干扰。
- 温度监测：集成热敏电阻（如3950 100K）和分压电阻（如62kΩ），通过ADC测量分压值计算温度，防止过热导致采样误差或硬件损坏。
3. 安全保护：电源稳定性设计
- 过压/过流保护：
- 输入保护：在电源输入端加入TVS二极管和保险丝，防止浪涌电流和静电损坏电路。
- 输出保护：在VBUS和GND之间并联TVS二极管，抑制输出端电压尖峰；使用MOSFET实现电源路径保护，当检测到过流时快速切断供电。
- 隔离设计：对于高电压（如20V）或大电流（如5A）场景，需采用光耦或数字隔离器隔离采样电路与主控芯片，防止高压击穿导致系统崩溃。
4. 硬件优化：低功耗与高效率
- 低功耗设计：
- 主控芯片选择：采用低功耗MCU（如STM32F051C8），通过动态调整时钟频率和关闭未使用外设降低功耗。
- 电源管理芯片：使用DC-DC转换器（如RY9320AT6）实现高效降压，其轻载节能模式（如PFM模式）可显著降低待机功耗。
- 高效率电源转换：
- 同步整流技术：在降压电路中采用同步整流MOSFET替代肖特基二极管，降低导通损耗，提高转换效率（可达95%以上）。
- 多电平架构：对于支持多电压输出的分析仪，可采用SEPIC电路实现升压/降压功能，同时支持输出短路保护。
5. 实际案例：USB充电检测仪的电源设计
- 接口配置：支持USB-A输入/输出和Type-C输入/输出，通过独立按钮控制Type-C供电启动（按下按钮时在CC2引脚添加下拉电阻，触发主机供电）。
- 采样电路：使用0.13Ω采样电阻和LMV321放大电路，实现2.5A电流下的2.275V放大输出，满足ADC测量需求。
- 显示与存储：集成OLED屏显示电压/电流/功率，并通过EEPROM存储历史数据，需为屏幕和存储芯片设计独立3.3V电源路径，避免干扰采样电路。
