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USB接口電磁兼容(EMC)解決方案
點擊次數(shù):392 更新時間:2024-08-14
  USB接口具有傳輸速度快,支持熱插拔以及連接多個設備的特點,目前已經(jīng)在各類計算機、消費類產(chǎn)品中廣泛應用。
 
  1、usb接口面臨電磁兼容問題
 
  由于USB接口其運行速率較高,容易通過USB連接線纜對外高頻輻射超標,同時由于帶電熱插拔,容易受到瞬間電壓沖擊和靜電干擾。因此我們在產(chǎn)品接口設計時,需要著重從接口濾波設計,防護設計,PCB設計、結構電纜多個方面考慮電磁兼容設計。
 
  本文電磁兼容解決方案主要結合USB2.0接口電路特點,從產(chǎn)品原理圖的接口電路出發(fā),提供符合產(chǎn)品實際設計要求的具體的emc設計方案,從而使產(chǎn)品能夠滿足電磁兼容標準與規(guī)格要求,獲得良好的emc品質(zhì),提升產(chǎn)品的可靠性。
 
  2、usb接口標準要求
 
  帶有USB接口的典型消費類產(chǎn)品,需要滿足相關電磁兼容要求,與USB相關的電磁兼容項目要求如下,其他如應用在汽車電子、鐵路電子要求則有所不一樣。
 
  3、
  原理圖設計要點說明
 
  3.1濾波設計要點
 
  L1為共模濾波電感,用于濾除差分信號上的共模干擾;
 
  L2為濾波磁珠,用于濾除為電源上的干擾;
 
  C3、C4為電源濾波電容,濾除電源上的干擾;
 
  C1、C2 為預留設計,注意電容盡量小,如實際影響信號傳輸,可以不焊接。
 
  3.2防護設計要點
 
  D1、D2、D3組成USB接口防護電路,能快速泄放靜電干擾,避免內(nèi)部電路遭受靜電的干擾。
 
  C5、C6為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容,典型取值為1000pF,耐壓要求達到2KV以上。
 
  3.3 特殊要求:
 
  4.3 R1、R2為限流電阻,差分線之間耦合會影響信號線的外在阻抗,可以用此電阻實現(xiàn)終端最佳匹配,使用時根據(jù)實際情況進行調(diào)整。
 
  3.4 器件選型要求
 
  L1、為共模電感,共模電感阻抗選擇范圍為60Ω/100MHz~120Ω/100MHz,典型值選取90Ω/100MHz
 
  L2、選用磁珠,磁珠阻抗范圍為100Ω/100MHz~1000Ω/100MHz,典型值選取600Ω/100MHz ;磁珠在選取時通流量應符合電路電流的要求,磁珠推薦使用電源用磁珠
 
  C3、C4兩個電容在取值時要相差100倍,典型值為1000pF、0.1uF;小電容用濾除電源上的高頻干擾,大電容用于濾除電源線上的紋波干擾;
 
  D1、D2、D3選用TVS,TVS反向關斷電壓為5V。TVS管的結電容對信號傳輸頻率有一定的影響,usb2.0的TVS結電容小于5pF;
 
  C5、C6為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容,典型取值為1000pF,耐壓要求達到2KV以上。
 
  4、PCB設計說明
 
  4.1布局設計要點
 
  元器件布局要按照信號流向進行布局;
 
  防護器件要盡可能的靠近接口放置,確保引線電感最小,以保證防護器件能正常的進行防護動作。
 
  應將芯片放置在離地層最近的信號層,并盡量靠近USB插座,縮短差分線走線距離。
 
  4.2布線設計要點
 
  共模電感下方不能走其它信號線。
 
  如果USB接口芯片需串聯(lián)端電阻或者D線接上拉電阻時.務必將這些電阻盡可能的靠近芯片放置。
 
  將USB差分信號線布在離地層最近的信號層。
 
  保持USB差分線下端地層完整性,如果分割差分線下端的地層,會造成差分線阻抗的不連續(xù)性,并會增加外部噪聲對差分線的影響。
 
  在USB差分線的布線過程中,應避免在差分線上放置過孔(via),過孔會造成差分線阻抗失配。
 
  保證差分線的線間距在走線過程中的一致性,如果在走線過程中差分線的間距發(fā)生改變,會造成差分線阻抗的不連續(xù)性。
 
  在繪制差分線的過程中,使用45°彎角或圓弧彎角來代替90°彎角,并盡量在差分線周圍的150 mil范圍內(nèi)不要走其他的信號線,特別是邊沿比較陡峭的數(shù)字信號線更加要注意其走線不能影響USB差分線
 
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