Alimentación USB-C en una placa de desarrollo: resistencias CC y ESD

Define primero el papel del puerto

El puerto USB-C habitual de una placa de desarrollo es un consumidor de alimentación y, de forma opcional, un dispositivo USB 2.0. Acepta 5 V en VBUS, no suministra VBUS, no negocia USB Power Delivery y no implementa SuperSpeed. Ese papel limitado puede construirse con resistencias pasivas de Configuration Channel.

Si la placa debe suministrar energía, intercambiar papeles, solicitar más de 5 V o interpretar la corriente anunciada por Type-C, utiliza un controlador Type-C/PD adecuado y su diseño de referencia. Dos resistencias no constituyen un controlador USB-C de propósito general.

Coloca un pull-down de 5.1 kΩ en cada pin CC

Un consumidor se anuncia presentando Rd a masa en ambos pines CC:

CC1 -> 5.1 kΩ, 1% -> GND
CC2 -> 5.1 kΩ, 1% -> GND

Son dos resistencias independientes. No unas CC1 y CC2 ni montes una sola. La orientación del cable decide qué conductor CC queda activo; si falta el segundo pull-down, la placa puede funcionar con una orientación o con ciertos cables A-a-C y fallar con fuentes C-a-C conformes.

La fuente coloca Rp en sus pines CC, detecta tu Rd y habilita VBUS. Un conector USB-C por sí solo no garantiza 3 A. Una placa sencilla que no mide el anuncio de corriente debe mantener su carga dentro de lo permitido por la fuente y las reglas USB aplicables. La capacidad del regulador no equivale a permiso para consumir esa corriente de cualquier host.

Conecta de forma intencionada cada pin duplicado

En un receptáculo Type-C para USB 2.0:

• une todos los contactos VBUS en la net protegida de 5 V;
• une todas las masas mediante un camino de baja impedancia;
• une A6 y B6 como USB D+;
• une A7 y B7 como USB D−;
• deja SBU1 y SBU2 sin conectar si no utilizas modo alternativo;
• trata el blindaje según la estrategia de chasis/EMC, no como una señal cualquiera.

Une cada pareja de contactos de datos USB 2.0 cerca del receptáculo para que la orientación no utilizada no forme un stub largo y enruta después un único par D+/D−. Verifica las etiquetas del fabricante del conector: algunos receptáculos económicos solo exponen USB 2.0 y otros incluyen todos los contactos con un footprint mucho más fino.

La orientación del footprint es un riesgo principal. Compara land pattern, vista de acoplamiento, vista de PCB y números de pad de KiCad. Imprime a escala 1:1 y coloca encima un conector físico antes de pedir las placas; así aparecen filas reflejadas y pestañas de carcasa incorrectas que ERC y DRC no comprenden.

Protege VBUS como entrada de alimentación

Un recorrido robusto solo para alimentación suele ser:

USB-C VBUS -> TVS si procede -> fusible/interruptor de carga -> 5V_USB
                                                |
                                                +-> regulador -> 3V3

El orden exacto depende de la protección y la puesta a tierra. Elige fusible o interruptor limitado según los límites de conector, pista y corriente de fallo. Evita corriente inversa si la placa también puede alimentarse desde batería, header de depuración o línea externa de 5 V. No unas dos fuentes nominales de 5 V directamente salvo que ambas estén diseñadas para ello.

El TVS de VBUS debe tener una tensión de trabajo superior al VBUS normal y una limitación compatible con los componentes posteriores. Un circuito solo para 5 V sin PD no debe recibir tensiones negociadas mayores. Mantén la capacitancia de entrada dentro de los requisitos de inrush USB; añadir el condensador más grande disponible puede impedir la conexión. Los condensadores locales de entrada y salida que exige el regulador siguen siendo necesarios, como explica la guía de colocación de condensadores de desacoplo.

Usa el dispositivo ESD apropiado en datos y CC

Los conectores externos son entradas de ESD. Coloca una matriz de protección de baja capacitancia para USB junto al receptáculo y con el camino práctico más corto a masa. Un TVS de potencia genérico y de alta capacitancia puede distorsionar USB full speed; elige un componente cuya hoja de datos admita expresamente la velocidad y tensión previstas.

Comprueba:

1. Tensión de standoff inversa superior al rango normal de la señal.
2. Clamp especificado a una corriente de pulso relevante.
3. Capacitancia de E/S adecuada a USB full speed o a la velocidad real.
4. Pinout y footprint flow-through compatibles con el rutado.
5. Conexión a masa corta y con vías cercanas.

Según el riesgo y los objetivos de conformidad, protege también CC1, CC2 y VBUS con dispositivos adecuados. Mantén corto el tramo sin proteger. La corriente ESD sigue la geometría; una protección situada en el otro extremo de la placa no compensa un retorno largo e inductivo.

Enruta USB 2.0 como un par

Usa el stackup real del fabricante para elegir ancho y separación próximos a 90 Ω diferenciales. Enruta D+ y D− juntos sobre una referencia continua, con longitudes parecidas y pocos giros. En full speed, un pequeño desajuste suele ser menos dañino que cruzar una ruptura del plano o crear stubs grandes.

Evita vías si conector y MCU están en la misma cara. Si debes cambiar de capa, mueve ambas pistas juntas y añade vías de retorno a masa cercanas. Aleja el par de nodos de reguladores conmutados, cristales y bordes. Monta resistencias en serie solo cuando lo exija la referencia del MCU o transceiver y en la ubicación indicada.

Para los casos con ESP32-C3 y RP2040, compara la sección USB con los diseños de referencia vigentes: fundamentos de una portadora ESP32-C3 y el circuito mínimo de RP2040.

Prueba los fallos que encontrarán los usuarios

Antes de conectar un ordenador, limita la corriente y confirma que no existe corto VBUS-masa, que los 5 V llegan al regulador y que ninguna entrada alternativa retroalimenta el receptáculo desconectado. Después usa una matriz de cables:

Cable/fuente	Orientación 1	Orientación 2
Cargador USB-C a USB-C	alimentación	alimentación
Host USB-C a USB-C	alimentación + enumeración	alimentación + enumeración
Host USB-A a USB-C	alimentación + enumeración	alimentación + enumeración

Prueba conexión en frío, reset en caliente, suspensión/reanudación si el firmware la admite y movimiento repetido del conector. Si la enumeración es intermitente, inspecciona D+/D− con una herramienta de protocolo o un osciloscopio. Un fallo en una sola orientación apunta primero a CC o a los contactos de datos duplicados; si A-a-C funciona pero C-a-C no entrega alimentación, sospecha de Rd ausentes o incorrectas. Son correcciones baratas en el esquema y errores de PCB que cuestan un respin muy visibles, así que audítalos antes de liberar.