USB應(yīng)用中的電磁兼容保護(hù)設(shè)計(jì)

USB端口對(duì)PC外設(shè)的發(fā)展起到了革命性的推動(dòng)作用，并且正變得越來(lái)越流行，比如在采集測(cè)量數(shù)據(jù)或在機(jī)器上安裝軟件更新等應(yīng)用中就非常常見(jiàn)。作為用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N總線系統(tǒng)，只要有移動(dòng)設(shè)備連著的地方就有它的身影。雖然在日常生活中使用的連接器看起來(lái)非常結(jié)實(shí)，但USB應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員仍然必須重視這些接口的保護(hù)。

在Intel公司的“高速USB平臺(tái)設(shè)計(jì)指南”中，甚至提高了考慮USB端口易感性因素的重要性。Intel建議用電流補(bǔ)償型扼流圈抑制EMI，再用其它元件防止靜電放電(ESD)。電子設(shè)備經(jīng)常會(huì)遭受靜電放電。靜電放電脈沖電壓可能高達(dá)30kV，因此對(duì)所有類型的集成電路來(lái)說(shuō)都是非常危險(xiǎn)的。目前有些IC對(duì)靜電放電來(lái)說(shuō)是“安全的”，但這種安全性只是對(duì)一小部分潛在威脅來(lái)說(shuō)是有保證的。日常操作表明：額外保護(hù)是必不可少的。只有采取外部保護(hù)措施才能開(kāi)發(fā)出整塊電路板不受靜電放電影響以及高度可靠的產(chǎn)品來(lái)。專門(mén)的抑制措施同樣也是必需的。無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的電子設(shè)備如今是遍地開(kāi)花，它們的數(shù)量正在與日俱增。

使自己的產(chǎn)品不受輻射干擾的影響非常重要。只有考慮了預(yù)期的干擾形式，才能在設(shè)計(jì)中及時(shí)集成必要的抑制元件，進(jìn)而縮短開(kāi)發(fā)周期。我們知道，自身產(chǎn)品的輻射型干擾也必須處于某個(gè)電平之下。這可以通過(guò)EMC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行很精確的評(píng)估。如果產(chǎn)品沒(méi)有通過(guò)這種測(cè)試，那么立馬返工的成本將超過(guò)抑制元件成本的好幾倍。

實(shí)際的抗干擾能力

在提到干擾對(duì)USB的影響時(shí)，差分模式數(shù)據(jù)傳輸與簡(jiǎn)單的同軸電纜相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。在感性干擾效應(yīng)(磁場(chǎng))情況下，導(dǎo)線的絞合可以彌補(bǔ)干擾效應(yīng)。鑒于每根雙絞線的部分電感的對(duì)稱性，干擾會(huì)彼此影響補(bǔ)償效果。這種抗干擾效果在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)大打折扣。

●USB控制器的輸入/輸出不是完全對(duì)稱的，因此USB信號(hào)顯示出共模干擾。

●Layout與HF/EMC不兼容，寄生電容和缺少波阻匹配會(huì)產(chǎn)生共模干擾。

●電路設(shè)計(jì)(USB濾波器)不充分，濾波器影響信號(hào)質(zhì)量，和/或插損太低。

●接口設(shè)計(jì)(插座，外殼)不充分。不良的接地會(huì)減小電纜的屏蔽衰耗。濾波器具有不良的接地參考。

●USB電纜不對(duì)稱、屏蔽不良以及沒(méi)有足夠好的接地。這種電纜會(huì)劣化信號(hào)質(zhì)量，輻射信號(hào)諧波，對(duì)外部干擾源起不到足夠的屏蔽衰減。

問(wèn)題：其中一些點(diǎn)可能不受影響，這些點(diǎn)包括外購(gòu)USB控制器的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，或最終用戶使用“便宜的”USB電纜。因此必須采取一些預(yù)防性措施，防止接口受到可能損壞USB控制器的外部干擾的影響，同時(shí)通過(guò)電纜限制信號(hào)的干擾輻射量。