USB接口的EMI和ESD设计方案

来源:互联网 发布:手机讲故事软件 编辑:程序博客网 时间:2024/03/29 19:44
时下流行的USB2.0接口具有高达480Mbps的传输速率,并与传输速率为12Mbps的全速USB1.1和传输速率为1.5Mbps的低速USB1.0完全兼容。这使得数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机等消费类产品可以与计算机进行高速、高性能的数据传输。另外值得一提的是,USB2.0的加强版USB OTG可以实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如。数码相机可以直接与打印机连接并打印照片,PDA可以与其它品牌的PDA进行数据传输或文件交换。 ) i4 c4 f5 i# H) R$ P
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USB接口的传输速率很高,因此如何提高USB信号的传输质量、减小电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)成为USB设计的关键。本文以USB2.0为例,从电路设计和PCB设计两个方面对此进行分析。 
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当USB2.0接口采用高速差动信号传输方式时,由于接地层与电源层的信号摇摆,放射噪声会有所增加。因此,为避免串扰并保证信号的完整性,消除将要混入高速信号中的共模噪声是电磁兼容设计的必要对策。在图1所示的电路中,数据电源线和地线上分别串联一个阻抗为120欧姆、额定电流为2A的磁珠,而差分线对上则串联一个共模阻抗为90欧姆的共模扼流器(如DLP11SN900SL2)。共模抗流器由两根导线同方向绕在磁芯材料上,当共模电流通过时,共模抗流器会因磁通量叠加而产生高阻抗;当差模电流通过时,共模抗流器因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。



由于USB接口具有可热插拔性,USB接口很容易因不可避免的人为因素而导致静电损坏器件,比如死机、烧板等。因此使用USB接口的用户迫切要求加入防ESD的保护器件。在下图电路中,数据电源线、地线上各有一个工作电压为5.5V、电容为100pF的TVS/压敏电阻连到屏蔽地上。差分线对因数据传送速度高达480Mbps,则需要连接电容<4pF的器件,因为较大的电容可导致数据信号波形恶化,甚至出现位错误。因此在差分线对上接入工作电压为18V、电容最大值为4pF的TVS/压敏电阻器。
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对于USB2.0的PCB布线,需要考虑以下原则:1.差分线对要保持线长匹配,否则会导致时序偏移、降低信号质量以及增加EMI;2.差分线对之间的间距要保持小于10mm,并增大它们与其它信号走线的间距;3.差分走线要求在同一板层上,因为不同层之间的阻抗、过孔等差别会降低差模传输的效果而引入共模噪声;4.差分信号线之间的耦合会影响信号线的外在阻抗,必须采用终端电阻实现对差分传输线的最佳匹配;5.尽量减少过孔等会引起线路不连续的因素;6.避免导致阻值不连续性的90度走线,可用圆弧或45度折线来代替;7.TVS/压敏电阻器的接地端要接入屏蔽地层,并放置在端口位置。
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