USB保护电路的EMC设计

USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB信号传输电缆通常是双绞屏蔽线，其内部包含3对USB信号线和1对电源线，在传输通道上的输入电压值为4.07-5.25V,传输的最大电流约为900mA.USB接口的传输速率很高，像USB2.0最大的传输速率为480Mbit/s,USB3.0的传输速率更是10倍USB2.0的传输速率。并且USB3.0已经渐渐投入市场，必将是未来发展的趋势!但随着传输速率的增大如何提高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。瞬雷电子一直致力于这方面的研发，从产品研发到系统设计无不尽心尽力。现以USB3.0为例，从保护电路设计方面对此进行分析。

减小电磁干扰EMI:当USB接口中带有电源信号，对电源信号需要进行滤波处理。电源线上串联一个300Ω/2A磁珠，并在电源线上的磁珠两端并联电容，电容的取值一般在0,01uF到0,1uF之间。USB差分线对上串联一个共模扼流圈。对于共模扼流圈(共模电感)的选择，应主要考虑共模扼流圈的差摸寄生电感对高速USB信号的影响。如果寄生差摸电感太大，就会对USB信号产生衰减，影响USB接口的工作性能。

以上这些措施可以有效的减少电磁干扰EMI但对静电的防护效果就差了很多，由于USB接口具有可热插拔性，USB接口很容易因人为因素而导致静电损坏器件，比如死机、复位等，更严重的会烧坏板子。因此，使用USB接口的用户迫切要求加入防ESD的保护器件。瞬雷电子现将这方面的经验与工程师朋友们分享：对于接地设备，USB的ESD保护电路原理如图1,ESD保护器件分别并联在电路中的USB数据线、电源线、工作地线和大地或金属外壳(屏蔽层)之间。对于不接地设备， USB的ESD保护电路原理如图2,ESD保护器件则分别并联在电路中的USB数据线、电源线和磁珠之前的工作地GND之间，并将USB电缆屏蔽层与GND通过Y电容相连或者直接相连。

图1

图2

差分线对因数据传送速度高达4.8Gbps,则需要连接寄生电容非常小的器件，瞬雷电子生产的TUSD05H4U静电保护器其动作电压为7V,反应速度快，钳位电压精确，结电容小于1PF,较大电容的保护器件可导致数据信号波形恶化甚至出现位错误。经我司实验室测试结果显示，寄生线电容高于1.2PF的ESD保护器件可能会在高速数据传输时产生很大的信号干扰，导致USB3.0 无法正常读取数据。对于USB2.0接口，寄生电容为5PF都不会影响信号传输。

该方案所占体积小、成本低对静电放电ESD及电磁干扰EMI的防护效果很好，实用性强。