USB应用中的电磁兼容保护设计
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端口对PC外设的发展起到了革命性的推动作用，并且正变得越来越流行，比如在采集测量数据或在机器上安装软件更新等应用中就非常常见。作为用于数据传输的一种总线系统，只要有移动设备连着的地方就有它的身影。虽然在日常生活中使用的连接器看起来非常结实，但USB应用开发人员仍然必须重视这些接口的保护。 在Intel公司的“高速USB平台设计指南”中，甚至提高了考虑USB端口易感性因素的重要性。Intel建议用电流补偿型扼流圈抑制EMI，再用其它元件防止静电放电(ESD)。电子设备经常会遭受静电放电。静电放电脉冲电压可能高达30kV，因此对所有类型的集成电路来说都是非常危险的。目前有些IC对静电放电来说是“安全的”，但这种安全性只是对一小部分潜在威胁来说是有保证的。日常操作表明：额外保护是必不可少的。只有采取外部保护措施才能开发出整块电路板不受静电放电影响以及高度可靠的产品来。专门的抑制措施同样也是必需的。无线联网的电子设备如今是遍地开花，它们的数量正在与日俱增。 使自己的产品不受辐射干扰的影响非常重要。只有考虑了预期的干扰形式，才能在设计中及时集成必要的抑制元件，进而缩短开发周期。我们知道，自身产品的辐射型干扰也必须处于某个电平之下。这可以通过EMC测试实验室进行很精确的评估。如果产品没有通过这种测试，那么立马返工的成本将超过抑制元件成本的好几倍。 实际的抗干扰能力 在提到干扰对USB的影响时，差分模式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。鉴于每根双绞线的部分电感的对称性，干扰会彼此影响补偿效果。这种抗干扰效果在实际应用中会大打折扣。 ●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。 问题：其中一些点可能不受影响，这些点包括外购USB控制器的技术性实现，或最终用户使用“便宜的”USB电缆。因此必须采取一些预防性措施，防止接口受到可能损坏USB控制器的外部干扰的影响，同时通过电缆限制信号的干扰辐射量。 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。基于这个原因，Würth Elektronik eiSos公司开发出了专门在这方面作了优化的元件，并且在数据线上是不可见的。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。 在选择元件时需要问几个问题：有没有用于轨到轨连接的供电电压((GND < I/O 信号 < Vcc)?用TVS二极管吧。没有供电电压吗，还是应该选用陶瓷元件?在本例中，必须选用TVS二极管，其VDD引脚可以悬空，或使用ESD抑制器。 |
