USB接口的EMC设计

时间:2023-06-16作者:佚名

在提到干扰对USB的影响时,差分数据传输与简单的同轴电缆相比具有很大的优势。在感性干扰效应(磁场)情况下,导线的绞合可以弥补干扰效应。

USB控制器的输入/输出不是完全对称的,因此USB信号显示出共模干扰。

Layout与HF/EMC不兼容,寄生电容和缺少波阻匹配会产生共模干扰。

电路设计(USB滤波器)不充分,滤波器影响信号质量,和/或插损太低。

接口设计(插座,外壳)不充分。不良的接地会减小电缆的屏蔽衰耗。滤波器具有不良的接地参考。

USB电缆不对称、屏蔽不良以及没有足够好的接地。这种电缆会劣化信号质量,辐射信号谐波,对外部干扰源起不到足够的屏蔽衰减。

保护元件的选择

静电放电(ESD)保护的定义为:依照EN 61000-4-2标准防止ESD脉冲,依照EN 61000-4-5防止浪涌脉冲,以及依照EN 61000-4-4防止突发(EFT)脉冲。瞬态电压抑制器(TVS)二极管必须满足这些功能。

重要的是:为了保护诸如USB等快速数据线受到过压的破坏,应该使用具有低电容特性的TVS和陶瓷ESD抑制器,以免USB信号发生失真。TVS二极管的电容值不到1pF,电容值最高0.2pF的陶瓷ESD抑制器是保护USB端口的理想选择。

不要忘了电源

对于一个端到端的EMC兼容设计而言,对电源(VBUS)进行滤波也很重要。许多开发人员忽视了这一点,却不知道他们的产品为何通不过EMC实验室的测试。这里介绍了针对一个或两个USB端口的两种优化设计。两条USB线可以用TVS二极管加以保护。所有4条信号线以及公共电源都得到了很好的静电放电保护。进一步的优化可以通过用一个电流补偿式数据线扼流圈和电容,搭建一个LC滤波器滤除输入端的共模和差模干扰来实现。在电源端使用WE-CBF系列贴片磁珠可以实现卓越的抑制性能(图1)。

USB接口的EMC设计

图1  具有静电放电保护功能的双端口USB端口

单通道保护元件(如WE-VE系列静电放电抑制器)必须始终连接在信号线与地之间。不必使用小电容的静电放电抑制器来保护电源,普通的SMD变阻器就足够了。它可以吸收较高的能量和较高的电流,因此是设计的第一选择(图2)。

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