【導(dǎo)讀】USB接口具有傳輸速度快，支持熱插拔以及連接多個(gè)設(shè)備的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各類計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類產(chǎn)品中。本文電磁兼容解決方案主要結(jié)合usb2.0接口電路特點(diǎn)，從產(chǎn)品原理圖的接口電路出發(fā)，提供符合產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)要求的具體的emc設(shè)計(jì)方案，從而使產(chǎn)品能夠滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格要求，獲得良好的emc品質(zhì)，提升產(chǎn)品的可靠性。
一、 usb接口面臨電磁兼容問題
由于usb接口其運(yùn)行速率較高，容易通過usb連接線纜對外高頻輻射超標(biāo)，同時(shí)由于帶電熱插拔，容易受到瞬間電壓沖擊和靜電干擾。因此我們在產(chǎn)品接口設(shè)計(jì)時(shí)，需要著重從接口濾波設(shè)計(jì)，防護(hù)設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)電纜多個(gè)方面考慮電磁兼容設(shè)計(jì)。
本文電磁兼容解決方案主要結(jié)合usb2.0接口電路特點(diǎn)，從產(chǎn)品原理圖的接口電路出發(fā)，提供符合產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)要求的具體的emc設(shè)計(jì)方案，從而使產(chǎn)品能夠滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格要求，獲得良好的emc品質(zhì)，提升產(chǎn)品的可靠性。
二、 usb接口標(biāo)準(zhǔn)要求
帶有usb接口的典型消費(fèi)類產(chǎn)品，需要滿足相關(guān)電磁兼容要求，與usb相關(guān)的電磁兼容項(xiàng)目要求如下，其他如應(yīng)用在軍品、汽車電子、鐵路電子要求則有所不一樣，具體請參考相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。
三、原理圖emc設(shè)計(jì)
四、原理圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明
4.1濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
L1為共模濾波電感，用于濾除差分信號上的共模干擾；
L2為濾波磁珠，用于濾除為電源上的干擾；
C3、C4為電源濾波電容，濾除電源上的干擾；
C1、C2 為預(yù)留設(shè)計(jì)，注意電容盡量小，如實(shí)際影響信號傳輸，可以不焊接。
4.2防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
D1、D2、D3組成usb接口防護(hù)電路，能快速泄放靜電干擾，避免內(nèi)部電路遭受靜電的干擾。
C5、C6為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF，耐壓要求達(dá)到2KV以上。
4.3 特殊要求：
4.3 R1、R2為限流電阻，差分線之間耦合會影響信號線的外在阻抗，可以用此電阻實(shí)現(xiàn)終端最佳匹配，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
4.4 器件選型要求：
L1為共模電感，共模電感阻抗選擇范圍為60Ω/100MHz~120Ω/100MHz，典型值選取90Ω/100MHz；
L2選用磁珠，磁珠阻抗范圍為100Ω/100MHz~1000Ω/100MHz，典型值選取600Ω/100MHz ；磁珠在選取時(shí)通流量應(yīng)符合電路電流的要求，磁珠推薦使用電源用磁珠；
C3、C4兩個(gè)電容在取值時(shí)要相差100倍，典型值為1000pF、0.1uF；小電容用濾除電源上的高頻干擾，大電容用于濾除電源線上的紋波干擾；
D1、D2、D3選用TVS，TVS反向關(guān)斷電壓為5V。TVS管的結(jié)電容對信號傳輸頻率有一定的影響，usb2.0的TVS結(jié)電容小于5pF；
C5、C6為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF，耐壓要求達(dá)到2KV以上。
4.5 相關(guān)電磁兼容器件選型建議清單
五、PCB設(shè)計(jì)說明
5.1布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)
元器件布局要按照信號流向進(jìn)行布局；
防護(hù)器件要盡可能的靠近接口放置，確保引線電感最小，以保證防護(hù)器件能正常的進(jìn)行防護(hù)動(dòng)作。
應(yīng)將芯片放置在離地層最近的信號層，并盡量靠近usb插座，縮短差分線走線距離。
5.2布線設(shè)計(jì)要點(diǎn)
共模電感下方不能走其它信號線。
如果usb接口芯片需串聯(lián)端電阻或者D線接上拉電阻時(shí)．務(wù)必將這些電阻盡可能的靠近芯片放置。
將usb差分信號線布在離地層最近的信號層。
保持usb差分線下端地層完整性，如果分割差分線下端的地層，會造成差分線阻抗的不連續(xù)性，并會增加外部噪聲對差分線的影響。
在usb差分線的布線過程中，應(yīng)避免在差分線上放置過孔（via），過孔會造成差分線阻抗失配。
保證差分線的線間距在走線過程中的一致性，如果在走線過程中差分線的間距發(fā)生改變，會造成差分線阻抗的不連續(xù)性。
在繪制差分線的過程中，使用45°彎角或圓弧彎角來代替90°彎角，并盡量在差分線周圍的150 mil范圍內(nèi)不要走其他的信號線，特別是邊沿比較陡峭的數(shù)字信號線更加要注意其走線不能影響usb差分線。
