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如何解決USB接口電磁兼容問(wèn)題?

發(fā)布時(shí)間:2018-10-08 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】USB接口具有傳輸速度快,支持熱插拔以及連接多個(gè)設(shè)備的特點(diǎn),目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各類計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類產(chǎn)品中。本文電磁兼容解決方案主要結(jié)合usb2.0接口電路特點(diǎn),從產(chǎn)品原理圖的接口電路出發(fā),提供符合產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)要求的具體的emc設(shè)計(jì)方案,從而使產(chǎn)品能夠滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格要求,獲得良好的emc品質(zhì),提升產(chǎn)品的可靠性。
 
一、 usb接口面臨電磁兼容問(wèn)題
 
由于usb接口其運(yùn)行速率較高,容易通過(guò)usb連接線纜對(duì)外高頻輻射超標(biāo),同時(shí)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?cè)诋a(chǎn)品接口設(shè)計(jì)時(shí),需要著重從接口濾波設(shè)計(jì),防護(hù)設(shè)計(jì),PCB設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)電纜多個(gè)方面考慮電磁兼容設(shè)計(jì)。
 
本文電磁兼容解決方案主要結(jié)合usb2.0接口電路特點(diǎn),從產(chǎn)品原理圖的接口電路出發(fā),提供符合產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)要求的具體的emc設(shè)計(jì)方案,從而使產(chǎn)品能夠滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格要求,獲得良好的emc品質(zhì),提升產(chǎn)品的可靠性。
 
二、 usb接口標(biāo)準(zhǔn)要求
 
帶有usb接口的典型消費(fèi)類產(chǎn)品,需要滿足相關(guān)電磁兼容要求,與usb相關(guān)的電磁兼容項(xiàng)目要求如下,其他如應(yīng)用在軍品、汽車電子、鐵路電子要求則有所不一樣,具體請(qǐng)參考相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。
 
 
三、原理圖emc設(shè)計(jì)
 
 
四、原理圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)說(shuō)明
 
4.1濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn):
 
L1為共模濾波電感,用于濾除差分信號(hào)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(yù)留設(shè)計(jì),注意電容盡量小,如實(shí)際影響信號(hào)傳輸,可以不焊接。
 
4.2防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn):
 
D1、D2、D3組成usb接口防護(hù)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(dá)到2KV以上。
 
4.3 特殊要求:
 
4.3 R1、R2為限流電阻,差分線之間耦合會(huì)影響信號(hào)線的外在阻抗,可以用此電阻實(shí)現(xiàn)終端最佳匹配,使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
 
4.4 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(shí)通流量應(yīng)符合電路電流的要求,磁珠推薦使用電源用磁珠;
 
C3、C4兩個(gè)電容在取值時(shí)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(guān)斷電壓為5V。TVS管的結(jié)電容對(duì)信號(hào)傳輸頻率有一定的影響,usb2.0的TVS結(jié)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(dá)到2KV以上。
 
4.5 相關(guān)電磁兼容器件選型建議清單
 
 
五、PCB設(shè)計(jì)說(shuō)明
 
5.1布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
元器件布局要按照信號(hào)流向進(jìn)行布局;
 
防護(hù)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(hù)器件能正常的進(jìn)行防護(hù)動(dòng)作。
 
應(yīng)將芯片放置在離地層最近的信號(hào)層,并盡量靠近usb插座,縮短差分線走線距離。
 
5.2布線設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
共模電感下方不能走其它信號(hào)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(shí).務(wù)必將這些電阻盡可能的靠近芯片放置。
 
將usb差分信號(hào)線布在離地層最近的信號(hào)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(huì)造成差分線阻抗的不連續(xù)性,并會(huì)增加外部噪聲對(duì)差分線的影響。
 
在usb差分線的布線過(guò)程中,應(yīng)避免在差分線上放置過(guò)孔(via),過(guò)孔會(huì)造成差分線阻抗失配。
 
保證差分線的線間距在走線過(guò)程中的一致性,如果在走線過(guò)程中差分線的間距發(fā)生改變,會(huì)造成差分線阻抗的不連續(xù)性。
 
在繪制差分線的過(guò)程中,使用45°彎角或圓弧彎角來(lái)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(hào)線,特別是邊沿比較陡峭的數(shù)字信號(hào)線更加要注意其走線不能影響usb差分線。
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