USB接口的EMC設計

在提到干擾對USB的影響時(shí)，差分數據傳輸與簡(jiǎn)單的同軸電纜相比具有很大的優(yōu)勢。在感性干擾效應(磁場(chǎng))情況下，導線(xiàn)的絞合可以彌補干擾效應。

●USB控制器的輸入/輸出不是完全對稱(chēng)的，因此USB信號顯示出共模干擾。

●Layout與HF/EMC不兼容，寄生電容和缺少波阻匹配會(huì )產(chǎn)生共模干擾。

●電路設計(USB濾波器)不充分，濾波器影響信號質(zhì)量，和/或插損太低。

●接口設計(插座，外殼)不充分。不良的接地會(huì )減小電纜的屏蔽衰耗。濾波器具有不良的接地參考。

●USB電纜不對稱(chēng)、屏蔽不良以及沒(méi)有足夠好的接地。這種電纜會(huì )劣化信號質(zhì)量，輻射信號諧波，對外部干擾源起不到足夠的屏蔽衰減。

保護元件的選擇

靜電放電(ESD)保護的定義為：依照EN 61000-4-2標準防止ESD脈沖，依照EN 61000-4-5防止浪涌脈沖，以及依照EN 61000-4-4防止突發(fā)(EFT)脈沖。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管必須滿(mǎn)足這些功能。

重要的是：為了保護諸如USB等快速數據線(xiàn)受到過(guò)壓的破壞，應該使用具有低電容特性的TVS和陶瓷ESD抑制器，以免USB信號發(fā)生失真。TVS二極管的電容值不到1pF，電容值最高0.2pF的陶瓷ESD抑制器是保護USB端口的理想選擇。

不要忘了電源

對于一個(gè)端到端的EMC兼容設計而言，對電源(VBUS)進(jìn)行濾波也很重要。許多開(kāi)發(fā)人員忽視了這一點(diǎn)，卻不知道他們的產(chǎn)品為何通不過(guò)EMC實(shí)驗室的測試。這里介紹了針對一個(gè)或兩個(gè)USB端口的兩種優(yōu)化設計。兩條USB線(xiàn)可以用TVS二極管加以保護。所有4條信號線(xiàn)以及公共電源都得到了很好的靜電放電保護。進(jìn)一步的優(yōu)化可以通過(guò)用一個(gè)電流補償式數據線(xiàn)扼流圈和電容，搭建一個(gè)LC濾波器濾除輸入端的共模和差模干擾來(lái)實(shí)現。在電源端使用WE-CBF系列貼片磁珠可以實(shí)現卓越的抑制性能(圖1)。

圖1 具有靜電放電保護功能的雙端口USB端口

單通道保護元件(如WE-VE系列靜電放電抑制器)必須始終連接在信號線(xiàn)與地之間。不必使用小電容的靜電放電抑制器來(lái)保護電源，普通的SMD變阻器就足夠了。它可以吸收較高的能量和較高的電流，因此是設計的第一選擇(圖2)。

　圖2 與屏蔽數據線(xiàn)不同，電源端不必使用小電容的靜電放電抑制

針對USB端口的推薦

從圖3可以明顯看出，有兩條差分信號線(xiàn)(D+和D-)從插頭連接器連接到TVS二極管，再通過(guò)電流補償式數據線(xiàn)扼流圈連接到USB控制器。這樣能夠得到出色的靜電放電保護功能，并能良好的抑制數據線(xiàn)對。VBUS通過(guò)TVS二極管路由到貼片磁珠。在貼片磁珠之后，可以插入額外的電容和另一個(gè)貼片磁珠來(lái)實(shí)現最大可能的PI濾波器衰減。

圖3 USB端口保護

在非常敏感的IC和/或高可靠性開(kāi)發(fā)案例中，通過(guò)兩次連接TVS二極管引腳可以實(shí)現最優(yōu)的靜電放電保護效果(圖4)。

圖4 USB端口的雙重保護

希望采用單通道保護元件的開(kāi)發(fā)人員可以使用WE-VE系列靜電放電抑制器。這些抑制器總是必須從D+/D-連接到地。還要連接其它一些元件，如圖5所示。

　圖5 采用單通道元件的保護機制

本文小結

在EMC兼容設計中應避免風(fēng)險。必須要指出的是，干擾會(huì )威脅到數據通信的完整性——特別是對于通過(guò)USB實(shí)現的數據傳輸而言。EMC不是“可有可無(wú)”，或用來(lái)滿(mǎn)足什么法規和標準，而是一種質(zhì)量指標。