【应用】内置ESD防护器件的共模滤波器EMI814x用于USB3.0静电防护，对信号影响小

时间： 2020-10-05 来源：世强

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共模滤波器（CMF）EMI814x系列（安森美产品，已被LITTELFUSE收购），内置ESD保护器件，差分信号 I/O可以在一个封装中同时拥有共模滤波和ESD防护。EMI814x系列可提供高达±15 kV接触放电保护，非常适合保护高速差分端口，如USB 3.0等。

笔者设计的一款双频路由器产品，用户侧支持wifi 2.4G和5G，4个千兆以太网口，1个USB3.0接口，上行口支持千兆以太网口，产品框图如下。该路由器产品目标市场是欧洲，需要满足CE认证要求。CE认证要求产品满足接触放电±4KV，空气放电±8KV。

图1 产品系统框图

产品裸露在外的金属接口需要测试接触放电，USB接口是唯一的金属接口。在设计时，USB接口进行了内缩，可以不用测试接触放电，只需要测试空气放电。8KV空气放电，能量较高，经常会导致单板功能异常。常规USB接口设计如图2所示，USB连接器金属壳串接电阻和电容到地，同时USB信号线并联保护器件，根据实际测试情况调整电阻和电容值，决定保护器件是否上件。

图2 USB防护电路

笔者设计的路由器支持USB3.0，同时还支持wifi 2.4G。由于USB3.0传输速率较高，会在 2.4GHz左右频段产生噪声，从而影响wifi 2.4G工作，因此PCB设计时，USB3.0信号线都走在内层，最大限度的减小干扰，并且USB3.0连接器也是直接接地，以确保连接器屏蔽效果。

图3 USB3.0接口PCB图

USB3.0连接器直接接地，增加了静电测试的风险。没有经过电阻和电容的衰减，静电能量直接泄放到单板地。由于路由器是浮地设备，只能靠适配器和网线泄放一些能量。因此设计时在USB3.0的3对信号线上增加了ESD保护器件。

EMI814x系列内置共模电感，可以抑制信号线上的共模噪声，减小USB3.0信号线对wifi 2.4G的干扰。同时器件符合IEC61000-4-2标准，可防护±15 kV接触放电，差模插入损耗DMLoss小于2.5dB@2.5GHz，差模截止频率f_3dB大于5GHz，对信号完整性影响较小。图4为EMI8142共模衰减曲线。

图4 EMI8142共模衰减曲线

考虑到后续可以灵活裁剪掉USB3.0的功能，只保留USB2.0功能，笔者采用了2种保护器件EMI8141和EMI8142，没有使用支持3对差分线的EMI8143。

图5 EMI814x系列原理框图

图6 USB3.0接口实物图

在产品调试初期，没有使用保护器件，USB 8KV空气放电，单板出现重启现象。将EMI8141和EMI8142上件后，静电测试通过。同时USB信号测试都满足要求。

图7 USB2.0眼图

图8 USB3.0 测试结果

综上，共模滤波器（CMF）EMI814x系列，静电防护能力强，非常适合保护高速差分端口，对信号影响小，值得推荐。

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全部评论（1）

ACE Lv8. 研究员 2020-10-06

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