【技术】解析USB 2.0接口EMC设计方案：接口原理图、结构设计、线缆设计

时间： 2021-08-24 来源：韬略科技

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USB 通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go（ OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。USB接口的电磁兼容性能关系到设备稳定行与数据传输的准确性，赛盛技术应用电磁兼容设计平台（EDP）软件从接口原理图、结构设计、线缆设计三个方面来设计USB2.0接口的EMC设计方案。

接口电路原理图的EMC设计

USB 2.0接口防静电设计

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接口电路设计概述：本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计，从设计层次解决EMC问题。

电路EMC设计说明：

（1）电路滤波设计要点：

L1为共模滤波电感，用于滤除差分信号上的共模干扰；

L2为滤波磁珠，用于滤除为电源上的干扰；

C1、C2为电源滤波电容，滤除电源上的干扰。

L1共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz ~120Ω/100MHz，典型值选取90Ω/100MHz；

L2磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz ~1000Ω/100MHz，典型值选取600Ω/100MHz ；磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求，磁珠推荐使用电源用磁珠；

C1、C2两个电容在取值时要相差100倍，典型值为10uF、0.1uF；小电容用滤除电源上的高频干扰，大电容用于滤除电源线上的纹波干扰；

C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；

（2）电路防护设计要点

D1、D2和D3组成USB接口防护电路，能快速泄放静电干扰，防止在热拔插过程中产生的大量干扰能量对电路进行冲击，导致内部电路工作异常。

D1、D2、D3选用TVS，TVS反向关断电压为5V；TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响，USB2.0的TVS结电容要求小于5pF。

接口电路设计备注：

如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

连接器设计

USBAF连接器USB信号排序设计

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图1 USB连接器结构设计

连接器USB与机体的搭接方式：

（1）面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙，进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明，精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性；

（2）机体与USB金属连接器之间的接合处要增加金属弹片，使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图所示：

线缆设计

USB-2.0接口信号线缆

线缆设计要求：USB2.0 AF连接器普通型

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图1 USB金属连接器的搭接

屏蔽层与金属连接器的搭接：

（1）屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接；搭接方式如上图：

（2）屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。

电磁兼容设计平台（EDP），依据最专业的EMC专家方案知识库，快速输出符合产品设计要求的指导性的EMC解决方案。即是工程师身边的产品设计、学习助手，又是企业的EMC技术方案库，是产品电磁兼容性能的保证。

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图2 USB-2.0信号电缆

电缆设计：

（1） USB-2.0信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于90%；差分线组采用铝箔屏蔽；

（2）内部组线时，差分电缆采用双绞传输，双绞绞距一般为最小绞距的2倍，（最小绞距= D为电缆的外径）；组线方式如上图所示：

（3）电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。

走线设计：

（1）USB-2.0信号电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块；

（2）电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持250px以上距离，切不可与其他线缆一起混合捆扎。

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【选型】韬略科技（TOP-FLIGHT）展频IC、叠层共模/绕线共模/大电流共模/BDL滤波器、ESD、高分子材料、TVS、晶体闸流管、一体成型功率电感选型指南

公司简介时钟展频IC BDL EMI 滤波器大电流共模滤波器 EMI+ESD 复合器件叠层共模滤波器/绕线共模滤波器大功率TVS 高分子聚合物静电抑制器先进陶瓷静电抑制器 TVS管/晶体闸流管一体成型功率电感和EMC测试项目各国电子产品认证要求

韬略科技 - EMI+ESD 复合器件,POLYMER ESD SUPPRESSOR,先进陶瓷ESD,大电流共模滤波器,聚合物ESD抑制器,先进陶瓷静电抑制器,一体成型功率电感,大功率TVS,瞬态二极管,叠层共模滤波器,晶体闸流管,时钟展频IC,EMI+ESD复合器件,BDL EMI 滤波器,TVS管,高分子聚合物静电抑制器,TEPC0R2V05B1X,0.2KP-SMF,TLDCM7035-2-501TF,TMMPL111004,TF2010A4X SERIES,5KP-SMC,TESC3R0V05B1X,TF0806A2X430MT,TLCML2012-2-121,TEVD12R0V24B1X,TSSBXXXB1X,TEVC1R0V05B1X,TESD500R0V05B1X,3128,TEVA0R4V05D4X,TLDCM1513-2-301TF,TESB3R0V24B1X,1108,TSSCXXXB1X,TF2010A4X,5KP-SMC SERIES,TSMAXXXB1X SERIES,TF2010A4X900MT,0.4KP-SMA SERIES,TEVD300R0V05D1X,TLCML2012-2-900,6.6KP SERIES,TF2010A4X121MT,10KP SERIES,TEPC0R2V12B1X,TEVC3R0V05B1X,5KP,TEVC25R0V05B1X,TSSDXXXB1X SERIES,TSSBXXXB1X SERIES,TEVG15R0V24B2X,TF2010A4X201MT,TEVC10R0V3B1X,TF0806A2X670MT,TEPB0R2V05B1X,TESC0R15V05B1,6.6KP,TEF0806A2X900MT,TF0806A2X900MT,TF1210A2X900MT,TF2010A4X670MT,TEF1210A2X900MT,TEPB0R2V12B1X,TEPC0R2V09B1X,2501,TEF2012A4X101MT,TEVB20R0V12B1X,TF0806A2X,TEVD0R6V05B1X,TLCML2012-2-201,8KP,15KP SERIES,15KP,TEVH0R6V05D2X,TEVJ0R4V05D4X,TMMPI040402,TMMPL131205,TESC3R0V24B1X,0.2KP-SMF SERIES,TF1210A2X650MT,TSSDXXXB1X,TEF1210A2X500MT,0.4KP-SMA,TSMAXXXB1X,0.6KP-SMB SERIES,TEVG0R6V05D2X,5228,TF0806A2X SERIES,1.5KP-SMC SERIES,TLDCM4745-2-102TF,TEVB10R0V3B1X,1.5KP-SMC,TEVB25R0V05B1X,5KP SERIES,8KP SERIES,10KP,TESD400R0V14B1X,TEVD22R0V15B1X,TEPC0R05V24B1X,TMMPI050502,TEVD0R7V05D4X,TEPB0R2V09B1X,TEVB0R5V05B1X,TGMPL020201,TLCML2012-2-371,TEVP0R4V05D2X,TF2010A4X161MT,0.6KP-SMB,TEVB3R0V05B1X,TLCML4532-2-601,TEVD0R6V3B1X,TSSCXXXB1X SERIES,TEVD1R5V05B1X,TGMPI020101,TLDCM1211-2-701TF,TLCML4532-2-282,TEVC15R0V12D1X,TEF1210A2X350MT,TF1210A2X350MT,TESB3R0V05B1X,TMMPI070603,AUTOMOTIVE MULTIMEDIA,TVI,AMPLIFIER FILTER & DECOUPLING,电视盒,DC/DC转换器,STAND-ALONE WORD PROCESSORS,等离子体显示器,其他电脑及周边设备,摄像机,MP3播放器,智能锁,适配器噪声抵消,UNIFIED DISPLAY INTERFACE (UDI),DVD 播放器,智能楼宇对讲系统,放大器滤波,通信,数字电路产品,SDI前端产品,EMC I/O筛选,FPGA/ASIC解耦,汽车多媒体,直流电动机,USB2.0,车载DVR,NOTEBOOK PCS,EMC IO过滤,CVI,服务器,GIGABIT ETHERNET,机顶盒,HIGH SPEED DATA FILTERING,智能仪表,手机,CAR-DVR,DDR存储器,智能安防,个人计算机,移动显示数字接口（MDDI）,显示端口接口（DP）,USB2.0和USB3.1,CAN总线,DVD播放器,笔记本,电脑周边设备,COMPUTER,电池供电设备,DVD PLAYER,液晶显示器,液晶电视,FPGA/ASIC DECOUPLING,EMC I/O FILTERING,USB,HIGH DEFINITION MULTI-MEDIA INTERFACE (HDMI),DC MOTOR,平板电脑,电脑,车载显示器,FPGA/ASIC去耦,MDDI,手机天线,笔记本电脑,汽车电子,信号线,扩展坞系统,AUDIO PLAYER,汽车,汽车仪表盘,统一显示接口,音频播放器,直流电机,DP,TELECOMMUNICATION,UD,交换机,笔记型电脑,DDR MEMORY,DV,投影仪,车载导航影音系统,DSC,高清同轴传输,硬盘录像机,RS232,RJ45,小型数字AV设备,IEEE1394接口,智慧医疗,电池线噪声抵消,LCD TV,独立文字处理器,移动电话,高速数据滤波,MIPI,MOSFET,数字视频接口,MOBILE PHONE,远程通信,I/O端口,消费类电子,HDMI,台式机,AUTOMOTIVE,千兆以太网,去耦,安防,消费电子,TV-BOX,放大器滤波器和去耦,数字视频接口（DVI）,前端端口,高清多媒体接口,等离子面板,智能手机,IEEE1394 INTERFACE,GPS天线,NOTEBOOK COMPUTERS,PDP,工业,DISPLAY PORT INTERFACE (DP),电子设备电源线噪声抑制,DIGITAL VISUAL INTERFACE (DVI),统一显示接口（UDI）,车载视频监控,高速接口,LED户外显示屏,集成电路,USB3.0,传感器信号线,USB3.1,MOBILE DISPLAY DIGITAL INTERFACE (MDDI),LED照明,车载智能调度系统,INDUSTRIAL,USB2.0 AND USB3.1,高清晰度多媒体接口（HDMI）,USB线,PC,LVDS线路,DVI,行车记录仪,移动显示数字接口,RS485,显示端口接口,AHD,无人飞机

选型指南代理服务技术支持采购服务

【技术】新型EMI器件BDL滤波器，解决电源EMI问题的革命性技术

韬略科技推出的用于解决传导骚扰的新技术产品：BDL（Balanced Dual-Line EMI Filter）平衡双线滤波器，即BDL滤波器，是一款新型EMI器件，引进源自MIT的军工黑科技，BDL滤波器具有优于常规滤波器件（共模电感，磁珠等）的插损曲线，使其有能力用来替代常规滤波器件或滤波网络（RC,LC,π型）。

2021-08-18 - 新技术代理服务技术支持采购服务

【应用】韬略科技BDL滤波器用于直流电机，显著抑制电机辐射噪声

本文主要介绍韬略科技新型BDL滤波器在直流电机上的应用，除了对抑制电机辐射噪声有显著效果外，也能应用于如IC信号线，电源线，和差分信号线上。其新型且独特的电理特性，相较于普通电容会有更好的EMC效果。

2021-05-08 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

韬略科技成立于2007年，专注于EMC电磁兼容领域，核心产品为SSC技术+特殊定制+EMC元器件，是EPSON、Johanson的战略合作伙伴，且与国内外100多家权威EMC检测机构建立合作关系，可为数码、车载、安防等领域提供专业的EMC解决方案。世强是韬略科技官方授权一级代理商，代理旗下滤波器、TVS、ESD等产品，库存丰富，正品保证。

展频IC BDL滤波器 TVS管浪涌防护信号滤波器磁珠电感

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车载产品EMC整改案例分享之CE电流法

本文介绍一款车载产品EMC整改案例，目前测试不通过的项目是电流法测试标准是CISPR 25-2016 ，按照标准进行摆放测试发现高频部分数据比较差。在电源正负极加共模滤波器，ACC信号线加磁珠，防止噪声通过低阻抗线路辐射出来。

2024-06-11 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

【经验】共模电感使用过程问题探讨：通过改善共模电感走线，提升滤波效果

某款家用电子设备在做辐射发射测试时，在低频段30M-300MHZ存在高低不平的辐射包络，最高超标频段超出限值5db。经细查后发现，辐射噪声源于主板某差动放大IC的输出端。频谱仪测试图如下。针对问题点，我们在差动放大IC输出引线处串接700Ω共模电感，串接共模电感后测试通过。改版样机通过测试，滤波效果得到很大改善。

2021-08-02 - 设计经验代理服务技术支持采购服务