【经验】解析USB3.0电路EMC设计以及过压防护

时间： 2021-08-20 来源：顺络

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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。本文顺络将为您详细解析USB3.0电路EMC设计以及过压防护，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。

图1. USB3.0结构图

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：

图2. USB3.0 EMC设计

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USB3.0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3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3. 共模扼流器插入损耗测试

图4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4 特性阻抗测试

图5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。

图5. 共模扼流器眼图测试

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破坏，瞬态干扰等，因此需要专门的ESD防护器件对USB 接口进行保护。图6是采用压敏电阻进行ESD防护的方案。

USB3.0其中的超高速传输线要求保护器件有极低的电容量，一般需要0.5pF以下电容量。

图6. USB3.0的ESD防护方案

顺络电子针对USB3.0 的传输速率推出超低电容量（ 0.15pF ）的高分子压敏：PESD1005H140CR15GPT, 可以很好的满足USB3.0 的数据传输需求，如图7.

图7. PESD高分子ESD防护器件传输特性

3. 综合

综上分析，USB3.0 端口的EMC 设计和过压防护综合方案如下：

图 8. ESD 和EMC 综合防护方案

以上推荐物料型号列表如下：

USB 接口是目前最通用和易用的接口，USB3.0 有望在2011 年被集成到南桥芯片中，之后应该会迅速起量。但因其超高的传输速率和易受过电压影响等原因给设计带来一定难度，以上设计方案从器件的选型角度出发，希望能对USB3.0 设计有一定的帮助。

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Sunlord's products符合性声明(Declaration of Conformity of Sunlord's products)

本资料为Sunlord公司符合性声明，声明其产品符合欧盟RoHS指令、无卤要求、EU REACH 224项高度关注物质的限值要求，并保证产品不含冲突地区矿产。声明详细列出了限用物质名称、CAS No.、限量，并特别说明了部分产品中特定物质的存在及含量。资料还包含了适用产品型号列表，涵盖多种工艺平台、产品类别和系列。

顺络 - 绕线共模扼流器,电感,绕线电感,WIRE WOUND CHIP INDUCTOR,滤波器,MULTILAYER CHIP LC SPLITTER,WINDING TRANSFORMERS,分流器,INDUCTORS,WIRE WOUND CHIP INDUCTOR, MULTILAYER CHIP COMMON MODE FILTER, WIRE WOUND CHIP COMMON MODE CHOKE COIL,叠层共模滤波器,绕线片式均衡器,多层片式双工器,玻璃陶瓷ESD抑制器,玻璃陶瓷静电抑制器,模制SMD电源,共模扼流器,绕组变压器,无线充电线圈,功率电感,钽电容,过滤器,线绕式贴片电感器,THERMISTOR, FILTER,MULTILAYER CHIP LC COUPLER,MULTILAYER INDUCTOR, BEAD, VARISTOR, MULTILAYER CHIP COMMON MODE FILTER, ANTENNA,一体成型电感,绕线功率电感,MULTILAYER CHIP BALUN,OBC PRODUCT,双工器,多层电感、磁珠、压敏电阻、多层片式共模滤波器、天线,VARISTOR,多层式电感器,绕线片式电感,磁珠,FLEXIBLE NFC ANTENNA,多层片式LC耦合器,GLASS CERAMIC ESD SUPPRESSOR,COMMON MODE CHOKE COIL,巴伦,天线,CHIP SOLID TANTALUM CAPACITOR,WIRE WOUND SMD POWER INDUCTOR,压敏电阻、热敏电阻、线绕式电感器、多层式电感器,TRANSFORMER,MULTILAYER CHIP TRIPLEXER,热敏电阻,OBC产品,MULTILAYER TYPE INDUCTOR,感应器,叠层片式三工器,VARISTOR, THERMISTOR, WIRE WOUND TYPE INDUCTORS, MULTILAYER TYPE INDUCTORS,柔性NFC天线,压敏电阻,MULTILAYER CHIP DIPLEXER,多层片式共模滤波器,变压器,片式固体钽电容器,线绕片式巴伦变压器,叠层共模扼流器,BEAD,WIRE WOUND CHIP COMMON MODE CHOKE COIL,线绕贴片功率电感器,MULTILAYER CHIP ANTENNA,三工器,WIRELESS CHARGING COIL,热敏电阻，滤波器,MOLDED SMD POWER,THERMISTOR,多层片式天线,叠层电感,绕线变压器,叠层热敏电阻,MULTILAYER CHIP COMMON MODE FILTER,耦合器,CHIP SOLID MNO2 TANTALUM CAPACITOR,WIRE WOUND CHIP BALUN TRANSFORMER,多层芯片巴伦,FILTER,线绕片式共模扼流圈,共模扼流圈,片式固体二氧化锰钽电容器,多层片式LC分路器,线绕片式电感器、多层片式共模滤波器、线绕片式共模扼流圈,MPH,AWPR-2,MPL,HQ,SPH,PZ,MPM,ARCDC,WPH,EPZ,GESD,WPG,WPL,HZ,AMCW-B,WPN,SDWL-F,SDMM,SVMH,WTX,WPL SERIES,MQA,HFZ,UPZ,ACSR,WPZ,SLCP,AMQC,SDCW,SDV,SLFBF,AMP,AMCW-P,HFPZ,MQQ,TWP,ASWPA,SLDA,WPL系列,TWS,SWRB,MZA,FA,MWTC,SWRH,SDWL,SLFS,SLFT,ATWPEP,SLBL,SDNT-C,HPZ,AMWPQ,WL,TPP,BW,AMWPH,MWSA,SDCL,MWSC,ATWPEF,MWSD,SDVL,SZ,MCL-N,TC,SDFL,SDNT,SLFD,SWPA,GZ,SLFB,MCL-A,MCL,SLFL,SLFH,ATWPPQ

2022/7/13 - 测试报告代理服务技术支持采购服务

【选型】为TWS耳机应用提供射频元件、电感、热敏电阻和磁珠等产品

目前TWS蓝牙耳机越发普及，针对于这一市场国产品牌顺络提供NFMI用天线、陶瓷天线、片式高频电感、射频电感、绕线铁氧体电感、叠层功率电感、叠层扼流电感、热敏电阻、音频磁珠、高频磁珠、绕线功率电感分别用于NFMI、蓝牙、音频编译码接口、USB、按键和电源管理方向。

2021-01-07 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

Sunlord车用CAN总线绕线片式共模扼流器 — AMCW-B系列

AMCW-B系列绕线片式共模扼流器，特性值范围11μH—100μH，适用于-40℃至+150℃的温度范围。该产品能够在高速差分信号接口处抑制共模干扰，广泛应用于CAN和FlexRay等车载总线的噪声抑制。产品特点包括绕线结构、小尺寸和良好的高频共模噪声抑制能力，符合AEC-Q200测试要求。主要应用于汽车CAN总线共模噪音滤除。

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2020/03/27 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

SVMH系列高压多层片式浪涌抑制压敏电阻器

本资料介绍了Sunlord公司生产的SVMH系列高压多层片式压敏电阻器。该产品适用于交流电路，具有小型化设计、良好的浪涌抑制能力和优异的耐压性能。产品广泛应用于电源、网络接口和LED照明等领域的防雷和过压保护。

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2023/3/23 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

线绕片式共模扼流圈-AMCW-B系列

本资料介绍了Sunlord公司生产的AMCW系列线绕片式共模噪声抑制器。该产品具有小型化设计、高频率下的共模噪声抑制能力、良好的焊接性能，适用于汽车CAN-BUS和信号线路的共模噪声滤波。

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2023/03/07 - 数据手册代理服务技术支持采购服务查看更多版本

多层共模滤波器

本文主要介绍了Sunlord公司在MIPI接口和EMC解决方案中使用的多层共模滤波器（SDMM）。文章详细阐述了SDMM滤波器的结构、电气特性、工作原理以及与传统的线绕共模扼流圈相比的优势。SDMM滤波器采用多层工艺，具有小型化、高共模阻抗、低差模阻抗等特点，适用于智能手机和平板电脑等设备的MIPI接口，能有效抑制电磁干扰。此外，文章还对比了薄膜共模滤波器和多层共模滤波器的性能，并介绍了SDMM滤波器的生产计划。

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2013.12.10 - 培训文档-商品应用及供应商介绍代理服务技术支持采购服务