【導(dǎo)讀】如何降低電磁干擾以及靜電放電是USB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，隨著傳輸速率的增大，USB信號(hào)的傳輸變的越來越有挑戰(zhàn)性，因此，本文將以USB3.0為例，介紹一種體積小、成本低且實(shí)用性強(qiáng)的USB保護(hù)電路的EMC設(shè)計(jì)解決方案。
USB是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB信號(hào)傳輸電纜通常是雙絞屏蔽線，其內(nèi)部包含3對(duì)USB信號(hào)線和1對(duì)電源線，在傳輸通道上的輸入電壓值為4.07-5.25V,傳輸?shù)淖畲箅娏骷s為900mA.USB接口的傳輸速率很高，像USB2.0最大的傳輸速率為480Mbit/s，USB3.0的傳輸速率更是10倍USB2.0的傳輸速率。并且USB3.0已經(jīng)漸漸投入市場(chǎng)，必將是未來發(fā)展的趨勢(shì)。但隨著傳輸速率的增大如何提高USB信號(hào)的傳輸質(zhì)量，減小電磁干擾EMI和靜電放電ESD成為USB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。現(xiàn)以USB3.0為例，從保護(hù)電路設(shè)計(jì)方面對(duì)此進(jìn)行分析。
減小電磁干擾EMI:當(dāng)USB接口中帶有電源信號(hào)，對(duì)電源信號(hào)需要進(jìn)行濾波處理。電源線上串聯(lián)一個(gè)300Ω/2A磁珠，并在電源線上的磁珠兩端并聯(lián)電容，電容的取值一般在0,01uF到0,1uF之間。USB差分線對(duì)上串聯(lián)一個(gè)共模扼流圈。對(duì)于共模扼流圈(共模電感)的選擇，應(yīng)主要考慮共模扼流圈的差摸寄生電感對(duì)高速USB信號(hào)的影響。如果寄生差摸電感太大，就會(huì)對(duì)USB信號(hào)產(chǎn)生衰減，影響USB接口的工作性能。
以上這些措施可以有效的減少電磁干擾EMI但對(duì)靜電的防護(hù)效果就差了很多，由于USB接口具有可熱插拔性，USB接口很容易因人為因素而導(dǎo)致靜電損壞器件，比如死機(jī)、復(fù)位等，更嚴(yán)重的會(huì)燒壞板子。因此，使用USB接口的用戶迫切要求加入防ESD的保護(hù)器件。現(xiàn)將這方面的經(jīng)驗(yàn)與工程師朋友們分享：對(duì)于接地設(shè)備，USB的ESD保護(hù)電路原理如圖1，ESD保護(hù)器件分別并聯(lián)在電路中的USB數(shù)據(jù)線、電源線、工作地線和大地或金屬外殼(屏蔽層)之間。對(duì)于不接地設(shè)備，USB的ESD保護(hù)電路原理如圖2，ESD保護(hù)器件則分別并聯(lián)在電路中的USB數(shù)據(jù)線、電源線和磁珠之前的工作地GND之間，并將USB電纜屏蔽層與GND通過Y電容相連或者直接相連。
圖1：接地設(shè)備USB的ESD保護(hù)電路原理
圖2：不接地設(shè)備USB的ESD保護(hù)電路原理
差分線對(duì)因數(shù)據(jù)傳送速度高達(dá)4.8Gbps,則需要連接寄生電容非常小的器件，TUSD05H4U靜電保護(hù)器其動(dòng)作電壓為7V，反應(yīng)速度快，鉗位電壓精確，結(jié)電容小于1PF，較大電容的保護(hù)器件可導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)波形惡化甚至出現(xiàn)位錯(cuò)誤。測(cè)試結(jié)果顯示，寄生線電容高于1.2PF的ESD保護(hù)器件可能會(huì)在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)產(chǎn)生很大的信號(hào)干擾，導(dǎo)致USB3.0 無法正常讀取數(shù)據(jù)。對(duì)于USB2.0接口，寄生電容為5PF都不會(huì)影響信號(hào)傳輸。
該方案所占體積小、成本低對(duì)靜電放電ESD及電磁干擾EMI的防護(hù)效果很好，實(shí)用性強(qiáng)。
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