你的位置:首頁 > EMC安規(guī) > 正文
經(jīng)典中的精華:USB應(yīng)用中的EMC兼容設(shè)計
發(fā)布時間:2015-06-03 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】在EMC兼容設(shè)計中應(yīng)避免風(fēng)險。必須要指出的是,干擾會威脅到數(shù)據(jù)通信的完整性——特別是對于通過USB實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸而言。EMC不是“可有可無”,或用來滿足什么法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),而是一種質(zhì)量指標(biāo)。為了盡可能在設(shè)計早期就徹底排除EMC問題,業(yè)界推出了專門針對快速數(shù)據(jù)線特殊狀態(tài)剪裁的元器件,它們不僅可以減少開發(fā)工作量,而且最重要的是可以避免關(guān)鍵的EMC測試結(jié)果之后的返工。
USB端口對PC外設(shè)的發(fā)展起到了革命性的推動作用,并且正變得越來越流行,比如在采集測量數(shù)據(jù)或在機(jī)器上安裝軟件更新等應(yīng)用中就非常常見。作為用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N總線系統(tǒng),只要有移動設(shè)備連著的地方就有它的身影。雖然在日常生活中使用的連接器看起來非常結(jié)實(shí),但USB應(yīng)用開發(fā)人員仍然必須重視這些接口的保護(hù)。
在Intel公司的“高速USB平臺設(shè)計指南”中,甚至提高了考慮USB端口易感性因素的重要性。Intel建議用電流補(bǔ)償型扼流圈抑制EMI,再用其它元件防止靜電放電(ESD)。電子設(shè)備經(jīng)常會遭受靜電放電。靜電放電脈沖電壓可能高達(dá)30kV,因此對所有類型的集成電路來說都是非常危險的。目前有些IC對靜電放電來說是“安全的”,但這種安全性只是對一小部分潛在威脅來說是有保證的。日常操作表明:額外保護(hù)是必不可少的。只有采取外部保護(hù)措施才能開發(fā)出整塊電路板不受靜電放電影響以及高度可靠的產(chǎn)品來。專門的抑制措施同樣也是必需的。無線聯(lián)網(wǎng)的電子設(shè)備如今是遍地開花,它們的數(shù)量正在與日俱增。
使自己的產(chǎn)品不受輻射干擾的影響非常重要。只有考慮了預(yù)期的干擾形式,才能在設(shè)計中及時集成必要的抑制元件,進(jìn)而縮短開發(fā)周期。我們知道,自身產(chǎn)品的輻射型干擾也必須處于某個電平之下。這可以通過EMC測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行很精確的評估。如果產(chǎn)品沒有通過這種測試,那么立馬返工的成本將超過抑制元件成本的好幾倍。
實(shí)際的抗干擾能力
在提到干擾對USB的影響時,差分模式數(shù)據(jù)傳輸與簡單的同軸電纜相比具有很大的優(yōu)勢。在感性干擾效應(yīng)(磁場)情況下,導(dǎo)線的絞合可以彌補(bǔ)干擾效應(yīng)。鑒于每根雙絞線的部分電感的對稱性,干擾會彼此影響補(bǔ)償效果。這種抗干擾效果在實(shí)際應(yīng)用中會大打折扣。
●USB控制器的輸入/輸出不是完全對稱的,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產(chǎn)生共模干擾。
●電路設(shè)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(shè)計(插座,外殼)不充分。不良的接地會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、屏蔽不良以及沒有足夠好的接地。這種電纜會劣化信號質(zhì)量,輻射信號諧波,對外部干擾源起不到足夠的屏蔽衰減。
問題:其中一些點(diǎn)可能不受影響,這些點(diǎn)包括外購USB控制器的技術(shù)性實(shí)現(xiàn),或最終用戶使用“便宜的”USB電纜。因此必須采取一些預(yù)防性措施,防止接口受到可能損壞USB控制器的外部干擾的影響,同時通過電纜限制信號的干擾輻射量。
保護(hù)元件的選擇
靜電放電(ESD)保護(hù)的定義為:依照EN 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)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)二極管必須滿足這些功能。重要的是:為了保護(hù)諸如USB等快速數(shù)據(jù)線受到過壓的破壞,應(yīng)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?;谶@個原因,Würth Elektronik eiSos公司開發(fā)出了專門在這方面作了優(yōu)化的元件,并且在數(shù)據(jù)線上是不可見的。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(hù)USB端口的理想選擇。
在選擇元件時需要問幾個問題:有沒有用于軌到軌連接的供電電壓((GND < I/O 信號 < Vcc)?用TVS二極管吧。沒有供電電壓嗎,還是應(yīng)該選用陶瓷元件?在本例中,必須選用TVS二極管,其VDD引腳可以懸空,或使用ESD抑制器。
進(jìn)一步的問題:期望的最大ESD電壓是多少?應(yīng)該保護(hù)一個還是兩個USB端口?有時一條USB數(shù)據(jù)線會連接到了TVS二極管的兩個I/O引腳,這將產(chǎn)生更好的保護(hù)效果,這也是為何優(yōu)先使用TVS二極管陣列的原因。
[page]
不要忘了電源
對于一個端到端的EMC兼容設(shè)計而言,對電源(VBUS)進(jìn)行濾波也很重要。許多開發(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EMC實(shí)驗(yàn)室的測試。這里介紹了針對一個或兩個USB端口的兩種優(yōu)化設(shè)計。兩條USB線可以用TVS二極管加以保護(hù)。所有4條信號線以及公共電源都得到了很好的靜電放電保護(hù)。進(jìn)一步的優(yōu)化可以通過用一個電流補(bǔ)償式數(shù)據(jù)線扼流圈和電容,搭建一個LC濾波器濾除輸入端的共模和差模干擾來實(shí)現(xiàn)。在電源端使用WE-CBF系列貼片磁珠可以實(shí)現(xiàn)卓越的抑制性能(圖1)。
圖1:具有靜電放電保護(hù)功能的雙端口USB端口。
單通道保護(hù)元件(如WE-VE系列靜電放電抑制器)必須始終連接在信號線與地之間。不必使用小電容的靜電放電抑制器來保護(hù)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(shè)計的第一選擇(圖2)。
圖2:與屏蔽數(shù)據(jù)線不同,電源端不必使用小電容的靜電放電抑制器。
[page]
針對USB端口的推薦Layout
從圖3可以明顯看出,有兩條差分信號線(D+和D-)從插頭連接器連接到TVS二極管,再通過電流補(bǔ)償式數(shù)據(jù)線扼流圈連接到USB控制器。這樣能夠得到出色的靜電放電保護(hù)功能,并能良好的抑制數(shù)據(jù)線對。VBUS通過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貼片磁珠來實(shí)現(xiàn)最大可能的PI濾波器衰減。
圖3:USB端口保護(hù)。
在非常敏感的IC和/或高可靠性開發(fā)案例中,通過兩次連接TVS二極管引腳可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的靜電放電保護(hù)效果(圖4)。
圖4:USB端口的雙重保護(hù)。
希望采用單通道保護(hù)元件的開發(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(hù)機(jī)制。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計
- ADI電機(jī)運(yùn)動控制解決方案 驅(qū)動智能運(yùn)動新時代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
單向可控硅
刀開關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動車
電動工具
電動汽車
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖