行業(yè)技術(shù)分享：高效低成本USB保護電路的EMC設計

USB是一個(gè)外部總線(xiàn)標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能。USB信號傳輸電纜通常是雙絞屏蔽線(xiàn)，其內部包含3對USB信號線(xiàn)和1對電源線(xiàn)，在傳輸通道上的輸入電壓值為4.07-5.25V，傳輸的最大電流約為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(lái)發(fā)展的趨勢!但隨著(zhù)傳輸速率的增大如何提高USB信號的傳輸質(zhì)量，減小電磁干擾EMI和靜電放電ESD成為USB設計的關(guān)鍵。瞬雷電子一直致力于這方面的研發(fā)，從產(chǎn)品研發(fā)到系統設計無(wú)不盡心盡力?，F以USB3.0為例，從保護電路設計方面對此進(jìn)行分析。

減小電磁干擾EMI：當USB接口中帶有電源信號，對電源信號需要進(jìn)行濾波處理。電源線(xiàn)上串聯(lián)一個(gè)300Ω/2A磁珠，并在電源線(xiàn)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(xiàn)對上串聯(lián)一個(gè)共模扼流圈。對于共模扼流圈(共模電感)的選擇，應主要考慮共模扼流圈的差摸寄生電感對高速USB信號的影響。如果寄生差摸電感太大，就會(huì )對USB信號產(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但對靜電的防護效果就差了很多，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致靜電損壞器件，比如死機、復位等，更嚴重的會(huì )燒壞板子。因此，使用USB接口的用戶(hù)迫切要求加入防ESD的保護器件。瞬雷電子現將這方面的經(jīng)驗與工程師朋友們分享：對于接地設備，USB的ESD保護電路原理如圖1，ESD保護器件分別并聯(lián)在電路中的USB數據線(xiàn)、電源線(xiàn)、工作地線(xiàn)和大地或金屬外殼(屏蔽層)之間。對于不接地設備， USB的ESD保護電路原理如圖2，ESD保護器件則分別并聯(lián)在電路中的USB數據線(xiàn)、電源線(xiàn)和磁珠之前的工作地GND之間，并將USB電纜屏蔽層與GND通過(guò)Y電容相連或者直接相連。

差分線(xiàn)對因數據傳送速度高達4.8Gbps，則需要連接寄生電容非常小的器件，瞬雷電子生產(chǎn)的TUSD05H4U靜電保護器其動(dòng)作電壓為7V，反應速度快，鉗位電壓精確，結電容小于1PF，較大電容的保護器件可導致數據信號波形惡化甚至出現位錯誤。經(jīng)我司實(shí)驗室測試結果顯示，寄生線(xiàn)電容高于1.2PF的ESD保護器件可能會(huì )在高速數據傳輸時(shí)產(chǎn)生很大的信號干擾，導致USB3.0 無(wú)法正常讀取數據。對于USB2.0接口，寄生電容為5PF都不會(huì )影響信號傳輸。

該方案所占體積小、成本低對靜電放電ESD及電磁干擾EMI的防護效果很好，實(shí)用性強。