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USB接口电磁兼容(EMC)解决方案

发布时间:2022-04-29 11:16

USB接口具有传输速度快,支持热插拔以及连接多个设备的特点,目前已经在各类计算机、消费类产品中广泛应用。
1、usb接口面临电磁兼容问题
由于USB接口其运行速率较高,容易通过USB连接线缆对外高频辐射超标,同时由于带电热插拔,容易受到瞬间电压冲击和静电干扰。因此我们在产品接口设计时,需要着重从接口滤波设计,防护设计,PCB设计、结构电缆多个方面考虑电磁兼容设计。
本文电磁兼容解决方案主要结合USB2.0接口电路特点,从产品原理图的接口电路出发,提供符合产品实际设计要求的具体的emc设计方案,从而使产品能够满足电磁兼容标准与规格要求,获得良好的emc品质,提升产品的可靠性。
2、usb接口标准要求
带有USB接口的典型消费类产品,需要满足相关电磁兼容要求,与USB相关的电磁兼容项目要求如下,其他如应用在军品、汽车电子、铁路电子要求则有所不一样,具体请参考相关电磁兼容标准要求。

电磁兼容标准要求

3、原理图emc设计

原理图EMC设计

4、原理图设计要点说明
4.1滤波设计要点:
L1为共模滤波电感,用于滤除差分信号上的共模干扰;
L2为滤波磁珠,用于滤除为电源上的干扰;
C3、C4为电源滤波电容,滤除电源上的干扰;
C1、C2 为预留设计,注意电容尽量小,如实际影响信号传输,可以不焊接。
4.2防护设计要点:
D1、D2、D3组成USB接口防护电路,能快速泄放静电干扰,避免内部电路遭受静电的干扰。
C5、C6为接口地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF,耐压要求达到2KV以上。
4.3 特殊要求:
4.3 R1、R2为限流电阻,差分线之间耦合会影响信号线的外在阻抗,可以用此电阻实现终端最佳匹配,使用时根据实际情况进行调整。
4.4 器件选型要求:
L1为共模电感,共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz~120Ω/100MHz,典型值选取90Ω/100MHz
L2选用磁珠,磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz~1000Ω/100MHz,典型值选取600Ω/100MHz ;磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求,磁珠推荐使用电源用磁珠
C3、C4两个电容在取值时要相差100倍,典型值为1000pF、0.1uF;小电容用滤除电源上的高频干扰,大电容用于滤除电源线上的纹波干扰;
D1、D2、D3选用TVS,TVS反向关断电压为5V。TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响,usb2.0的TVS结电容小于5pF;
C5、C6为接口地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF,耐压要求达到2KV以上。
4.5 相关电磁兼容器件选型建议清单

电磁兼容器件选型

5、PCB设计说明
5.1布局设计要点
元器件布局要按照信号流向进行布局;
防护器件要尽可能的靠近接口放置,确保引线电感最小,以保证防护器件能正常的进行防护动作。
应将芯片放置在离地层最近的信号层,并尽量靠近USB插座,缩短差分线走线距离。
5.2布线设计要点
共模电感下方不能走其它信号线。
如果USB接口芯片需串联端电阻或者D线接上拉电阻时.务必将这些电阻尽可能的靠近芯片放置。
将USB差分信号线布在离地层最近的信号层。
保持USB差分线下端地层完整性,如果分割差分线下端的地层,会造成差分线阻抗的不连续性,并会增加外部噪声对差分线的影响。
在USB差分线的布线过程中,应避免在差分线上放置过孔(via),过孔会造成差分线阻抗失配。
保证差分线的线间距在走线过程中的一致性,如果在走线过程中差分线的间距发生改变,会造成差分线阻抗的不连续性。
在绘制差分线的过程中,使用45°弯角或圆弧弯角来代替90°弯角,并尽量在差分线周围的150 mil范围内不要走其他的信号线,特别是边沿比较陡峭的数字信号线更加要注意其走线不能影响USB差分线。


长沙容测电子有限公司致力于电磁兼容测试设备的研发以及电磁兼容测试技术的推广普及,全力为客户提供专业的EMC测试产品和解决方案。
我们的产品:
民用领域:静电放电发生器、脉冲群发生器雷击浪涌发生器、射频传导抗干扰测试系统、工频磁场发生器、脉冲磁场发生器、阻尼振荡磁场发生器、交流电压跌落发生器、振铃波发生器、共模传导抗扰度测试系统、阻尼振荡波发生器、直流电压跌落发生器等
汽车领域:静电放电发生器、7637测试系统、汽车电子可编程电源、瞬态发射开关测量、汽车线束微中断发生器、BCI大电流注入测试系统、EMI接收机、辐射抗扰度测试系统、低频磁场抗扰度测试系统、射频辐射抗扰度测试系统等
军工领域:静电放电发生器、低频传导抗扰度测试系统、尖峰脉冲发生器、电缆束注入测试系统、快速方波测试系统、高速阻尼振荡测试系统等

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