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USB2.0接口EMC设计方案参考

通用串行总线(英语:UniversalSerialBus,缩写:USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。

多媒体电脑刚问世时,外接式设备的传输接口各不相同,如打印机只能接LPT、调制解调器只能接RS232、鼠标键盘只能接PS/2等。繁杂的接口系统,加上必须安装驱动程序并重启才能使用的限制,都会造成用户的困扰。因此,创造出一个统一且支持易插拔的外接式传输接口,便成为无可避免的趋势,USB应运而生。

最新一代的USB是USB4,传输速度为40Gbit/s。USBType-A、Type-B接头分正反,新型USBType-C接头不分正反。

接口电路原理图的EMC设计

USB2.0接口防静电ESD设计

接口电路设计概述: 本方案从EMC原理上,进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计;从设计层次解决EMC问题。

电路EMC设计说明

1.电路滤波设计要点

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; C1、C2为电源滤波电容,滤除电源上的干扰。

L1共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz ~120Ω/100MHz,典型值选取90Ω/100MHz; L2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;

C1、C2两个电容在取值时要相差100倍,典型值为10uF、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;

C3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,C3容值可根据测试情况进行调整;

电路防护设计要点 

D1、D2和D3组成USB接口防护电路,能快速泄放静电干扰,防止在热拔插过程中产生的大量干扰能量对电路进行冲击,导致内部电路工作异常。

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结电容要求小于5pF。

接口电路设计备注   

如果设备为金属外壳,同时单板可以独立的划分出接口地,那么金属外壳与接口地直接电气连接,且单板地与接口地通过1000pF电容相连;

如果设备为非金属外壳,那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

连接器设计  

连接器USB与机体的搭接方式:  

(1) 面板开孔时采用精密的铣削加工技术,使孔眼的形状更适合连接器的放置,避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙,进而降低电磁干扰辐射;经过测试证明,精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性;

(2) 机体与USB金属连接器之间的接合处要增加金属弹片,使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图所示:

线缆设计  

USB-2.0接口信号线缆

线缆设计要求: USB2.0 AF连接器 普通型

屏蔽层与金属连接器的搭接:

(1) 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接;搭接方式如上图: (2) 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。

(2)屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。