USB应用开发接口保护方案

USB端口对 PC 外设的成长起到了革命性的敦促浸染，而且正变得越来越风行，好比：在收罗丈量数据或在呆板上，安装软件更新等应用中就非经常见。作为用于数据传输的一种总线体系，只要有移动装备连着的处所就有它的身影。固然在一般糊口中行使的毗连器看起来很是坚贞，但 USB 应用开拓职员如故必需重视这些接口的掩护。

在 Intel 公司的“高速 USB 平台计划指南”中，乃至进步了思量 USB 端口易感性身分的重要性。Intel 提议用电流赔偿型扼流圈克制EMI，再用其余元件防备静电放电（ESD）。电子装备常常会蒙受静电放电。静电放电脉冲电压也许高达 30kV，因此对全部范例的集成电路来说都长短常伤害的。今朝有些 IC 对静电放电来说是“安详的”，但这种安详性只是对一小部门隐藏威胁来说是有担保的。一般操纵表白：特殊掩护是必不行少的。只有采纳外部掩护法子才气开拓出整块电路板不受静电放影戏响以及高度靠得住的产物来。专门的克制法子同样也是必须的。无线联网的电子装备现在是各处着花，它们的数目正在一日千里。

现实的抗滋扰手段

在提到滋扰对 USB 的影响时，差分模式数据传输与简朴的同轴电缆对比具有很大的上风。在感性滋扰效应（磁场）环境下，导线的绞合可以补充滋扰效应。鉴于每根双绞线的部门电感的对称性，滋扰会互相影响赔偿结果。这种抗滋扰结果在现实应用中会大打折扣。USB 节制器的输入 / 输出不是完全对称的，因此 USB 信号表现出共模滋扰。Layout 与 HF/EMC不兼容，寄生电容和穷乏波阻匹配会发生共模滋扰。电路计划（USB 滤波器）不充实，滤波器影响信号质量，和 / 或插损太低。接口计划（插座，外壳）不充实。不良的接地会减小电缆的屏障衰耗。滤波用具有不良的接地参考。USB 电缆差池称、屏障不良以及没有足够好的接地。这种电缆会劣化信号质量，辐射信号谐波，对外部滋扰源起不到足够的屏障衰减。

对付一个端到端的 EMC 兼容计划而言，对电源（VBUS）举办滤波也很重要。很多开拓职员忽视了这一点，却不知道他们的产物为何通不外 EMC 尝试室的测试。这里先容了针对一个或两个 USB 端口的两种优化计划。两条 USB 线可以用 TVS 二极管加以掩护。全部 4 条信号线以及民众电源都获得了很好的静电放电掩护。进一步的优化可以通过用一个电流赔偿式数据线扼流圈和电容，搭建一个 LC 滤波器滤除输入端的共模和差模滋扰来实现。在电源端行使 WE-CBF 系列贴片磁珠可以实现卓越的克制机能（图 1）。

图 1：具有静电放电掩护成果的双端口 USB 端口

单通道掩护元件（如 WE-VE 系列静电放电克制器）必需始终毗连在信号线与地之间。不必行使小电容的静电放电克制器来掩护电源，平凡的 SMD 变阻器就足够了。它可以接收较高的能量和较高的电流，因此是计划的第一选择（图 2）。

图 2：与屏障数据线差异，电源端不必行使小电容的静电放电克制器

针对 USB 端口的保举 Layout

从图 3 可以明明看出，有两条差分信号线（D+和 D-）从插头毗连器毗连到 TVS 二极管，再通过电流赔偿式数据线扼流圈毗连到 USB 节制器。这样可以或许获得精彩的静电放电掩护成果，并能精采的克制数据线对。VBUS 通过 TVS 二极管路由到贴片磁珠。在贴片磁珠之后，可以插入特另外电容和另一个贴片磁珠来实现最大也许的 PI 滤波器衰减。

图 3：USB 端口掩护

在很是敏感的 IC 和 / 或高靠得住性开拓案例中，通过两次毗连 TVS 二极管引脚可以实现最优的静电放电掩护结果（图 4）。

图 4：USB 端口的双重掩护

但愿回收单通道掩护元件的开拓职员可以行使 WE-VE 系列静电放电克制器。这些克制器老是必需从 D+/D- 毗连到地。还要毗连其余一些元件，如图 5 所示。

图 5：回收单通道元件的掩护机制

掩护元件的选择

静电放电（ESD）掩护的界说为：依照 EN 61000-4-2 尺度防备 ESD 脉冲，依照 EN 61000-4-5 防备浪涌脉冲，以及依照 EN 61000-4-4 防备突发（EFT）脉冲。瞬态电抑制制器（TVS）二极管必需满意这些成果。重要的是：为了掩护诸如 USB 等快速数据线受到过压的粉碎，应该利器具有低电容特征的 TVS 和陶瓷 ESD 克制器，以免 USB 信号产生失真。基于这个缘故起因，Würth Elektronik eiSos 公司开拓出了专门在这方面作了优化的元件，而且在数据线上是不行见的。TVS 二极管的电容值不到 1pF，电容值最高 0.2pF 的陶瓷 ESD 克制器是掩护 USB 端口的抱负选择。

在 EMC 兼容计划中应停止风险。必必要指出的是，滋扰会威胁到数据通讯的完备性——出格是对付通过 USB 实现的数据传输而言。EMC 不是 “无关紧要”，或用来满意什么礼貌和尺度，而是一种质量指标。为了尽也许在计划早期就彻底解除 EMC 题目，业界推出了专门针对快速数据线非凡状态剪裁的元器件，它们不只可以镌汰开拓事变量，并且最重要的是可以停止要害的 EMC 测试功效之后的返工。

（编辑：湖南网）

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