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电路设计->综合电路图->综合电路图->USB 2.0接口电磁兼容(EMC)解决方案

USB 2.0接口电磁兼容(EMC)解决方案

作者:fanxiaoxi 时间:2023-11-07 收藏

一、USB2.0接口面临电磁兼容问题
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。
由于USB2.0则可以达到速度480Mbps,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。


二、 USB2.0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。


序号
测试项目
测试要求
性能判据
1
辐射发射(RE)
30~230MHz 40dB(μV/m)
230~1000MHz 47dB(μV/m)
测量距离10m准峰值(QP)
2
射频场感应的传导骚扰(CS)
0.15~80MHz 10V 80%AM(1kHz)
150Ω源阻抗
性能判据A
3
射频电磁场辐射(RS)
80~1000MHz 20V/m 80%AM(1kHz)
性能判据A
4
静电放电(ESD)
接触放电
±6kV
性能判据B
空气放电
±8kV
三、原理图EMC设计:
四、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
L1=共模电感
WCM-2012-900T
L2=磁珠
FBMA-11-201209-601A20T
D1、D2、D3=TVS
BV05C
C3、C4
1000PF、100Nf
C1、C2
5PF/NC
C5、C6
1000PF/2KV
R1、R2
0ohm



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