USB3.0电路EMC设计以及过压防护.pdfVIP

Sunlord USB3.0 电路 EMC 设计以及过压防护 随着集成电路的飞速发展以及人们对大容量数据，高传输速率的需求，通用串行总线 （Universal Serial Bus）USB接口迎来另一次飞跃，全新的USB3.0规格在2008年底正式完 成并公开发布。USB3.0传输速率达到4.8Gbps ，是USB2.0的10倍，同时最大供电电流达到 1000mA，这对线路的EMC和过压防护器件器件提出更高要求。 1. EMC设计 USB2.0采用高速差分信号线来传输数据，USB3.0在保留原有的差分信号线基础上新增两 对并行的高速差分信号线，实现高速传输的目的。而超高的传输速率使EMI辐射更为严重， 同时自身也更容易耦合共模噪音，因此对EMC设计和相关EMC器件提出更高要求。 针对 USB3.0, 需要在不同的线路添加相应的器件来达到降低 EMI, 增强 EMS 的目的，推 荐的设计方案如下： Vbus UPZ1608E181-2R0TF D+ SDCW2012-2-900TF D- SSTX+ SDCW2012U-2-900TF SSTX- SSRX+ SDCW2012U-2-900TF SSRX- GND UPZ1608E181-2R0TF Page 1 of 5 Sunlord 上述设计中分别在供电线路和地线上串联一颗磁珠，可以滤除设备内部耦合噪音，阻止噪音 通过数据线向外辐射。差分线上采用共模扼流电感可以有效抑制共模噪音。 但是相比 USB2.0，USB3.0 最大供应电流达到 1000mA，根据 USB 3.0 标准，供电电压应 该保持在 5V +/- 5%的范围, 接口电压范围在 4.45V～5.25V, 因此从 USB 电源到连接器压 降一般不能超过 0.3V，在磁珠上的压降一般不要超过 0.1V, 考虑到最大 1A 的供给电流，磁 珠直流电阻要小于 0.1 欧姆，额定电流要大于 1A。综合以上因素，可以选用顺络电子的 UPZ1608E181-2R0TF, 直流阻抗标称值 0.05 欧姆，额定电流 2A，可以很好满足要求。 在共模扼流器的选择上，USB3.0 中兼容2.0 的数据线的共模扼流器可以沿用 USB2.0 的器 件：SDCW2012-2-900TF 。原先适用于 USB2.0 的共模扼流器因为 3.0 传输速率的提升， 不再适用于 3.0，要求共模扼流器有更高的截至频率，更小的插入损耗。顺络电子根据 USB3.0 的高传输速率要求，专门开发出共模扼流器：SDCW-U 系列，该系列具有极高的截 至频率和非常小的插入损耗。图 1 是 SDCW2012U-2-900TF 在 USB3.0 上应用的插入损耗 测试，测试频率截止到 7.5G，插入损耗为-2.61 。 图 1 Page 2 of 5 Sunlord 图2 是 SDCW2012U-2-900TF 在 USB3.0 上应用的特性阻抗测试结果，根据 USB3.0 spec， 连接特性阻抗应为 90±15Ω,由图2可以看出测试结果很好的满足 USB3.0 规范。 图3 是 SDCW2012U-2-900TF 在 USB3.0 上应用的眼图测试结果，测试结果表明共模扼流 器可以很好的满足 USB3.0 超高速传输要求。 Page 3 of 5 Sunlord 图3 2. 过电压保护 USB 接口是最方便和常用的接口，也需要经常拔插以及和人体接触，经过芯片可以忍受 2KV 的 ESD 过压，但与人体接触时可能产生 8Kv，甚至 15Kv 的瞬间 ESD, 这些可能对器件造 成物理