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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。
) |3 |5 G: z9 Y% y1usb接口面临电磁兼容问题由于usb接口其运行速率较高，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。
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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。 ) {" U5 ^( `, b1 R I* J
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" S+ `1 [9 x7 l, X# `1 l5 l! dusb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。 ; K4 G2 W' t) A' o+ v
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原理图emc设计4 l) B# x; `" `# ]8 l1 }7 n
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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;
' N3 N- l! P) u. W) D XL2为滤波磁珠，用于滤除为电源上的干扰; 8 e) S5 [) S D* M, U: l
C3、C4为电源滤波电容，滤除电源上的干扰;
6 S1 |* \/ p) d8 G* iC1、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。 % \* | s( p* E; @2 y
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。
; n; T% ~6 {9 r. w" n wC5、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。
2 D/ `" S' v, x. T- c! |& |0 ~1 K- Q4.3 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最佳匹配，使用时根据实际情况进行调整。 6 C; z6 ^- |) R- h( ?
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
# p6 Y# O0 C7 v, j: WL2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
# o" D: S% h. {8 P6 q, KC3、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;
8 F5 t7 O9 S4 jD1、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; & C4 U% _4 D V8 l% F' ?
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。
8 M4 `6 K! ^6 m0 ^! Y4.5 相关电磁兼容器件选型建议清单 & G" R$ m8 T, A8 y2 x/ p3 {) L
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PCB设计说明5.1布局设计要点 元器件布局要按照信号流向进行布局;
) Y; W0 C2 K* H/ L3 ~防护器件要尽可能的靠近接口放置，确保引线电感最小，以保证防护器件能正常的进行防护动作。 : t1 P @! S }) T- X" `2 K
应将芯片放置在离地层最近的信号层，并尽量靠近usb插座，缩短差分线走线距离。 * z' |$ `5 m: P9 b" p) Y
5.2布线设计要点 共模电感下方不能走其它信号线。 7 f2 W3 t* D) `, N4 z: f3 y
如果usb接口芯片需串联端电阻或者D线接上拉电阻时.务必将这些电阻尽可能的靠近芯片放置。
2 U4 @# u" s i2 |7 ^& F4 z N" f) S将usb差分信号线布在离地层最近的信号层。
% e' o1 W- O$ m7 U保持usb差分线下端地层完整性，如果分割差分线下端的地层，会造成差分线阻抗的不连续性，并会增加外部噪声对差分线的影响。
& a0 Z& j$ C: p在usb差分线的布线过程中，应避免在差分线上放置过孔(via)，过孔会造成差分线阻抗失配。 8 s4 Z: t3 e$ p6 Q/ O+ u' t
保证差分线的线间距在走线过程中的一致性，如果在走线过程中差分线的间距发生改变，会造成差分线阻抗的不连续性。 $ A4 G" f5 t+ d" c8 h+ m
在绘制差分线的过程中，使用45°弯角或圆弧弯角来代替90°弯角，并尽量在差分线周围的150 mil范围内不要走其他的信号线，特别是边沿比较陡峭的数字信号线更加要注意其走线不能影响usb差分线。
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发表于 2022-7-26 13:18
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