【应用】USB Type-C接口EMC设计及过压防护方案

时间： 2021-08-10 来源：顺络电子

技术问答

依托巨大的市场发展，智能手机在原有的通讯功能基础上，正体现出其强大的功能扩展性。同时其高功耗也对智能手机的续航能力提出越来越高的要求。2014年，Type-C伴随着最新的USB3.1标准横空出世，这类全新的接口形式，凭借其便捷的正反面拔插，大功率的供电，快速的传输速率等功能得到广泛认可。但是高达10Gbps的传输速度必然导致端口的EMI辐射超标严重，而功率大、速度快特征对端口防护器件提出了更高要求。

技术背景

Type-A接口就是我们平常用的最多的标准USB接口，Type-A接口的英文名称就是“Standard Type-A USB”，这说明它是标准的USB接口，而其它形状的USB接口都是它的衍生物。Type-B接口，出镜率远没有标准Type-A接口高，诸如打印机、显示器USB HUB等诸多外部USB设备采用了Type-B接口。Type-C接口是最新的USB接口外形标准。既可以应用在PC（主设备）又可以应用在外部设备（从设备）的接口类型。

图1. Type-C引脚定义

Type-C引脚示意如图1，数据传输主要有T_X/R_X两组差分信号。CC为配置通道，是两个关键引脚，这是USB Type-C里新增的关键通道，它的作用有检测USB连接、检测正反插、USB设备间数据与V_BUS的连接建立与管理等。

图2. USB Power Delivery Specification

如图2，在USB Power Delivery Specification 中，提到采用一种阶段提高电压与电流的运作方式：主控与hub、设备间通信期间，通过CC的pin，从Profile1(5V@2A)-Profile5(20V@5A)阶段性的提高。

Type-C需要注意的问题点：

1、高达10Gbps的传输速度必然导致端口的EMI辐射超标严重；

2、Type-C电压范围广、功率大、速度快特征对端口防护器件有了更高要求；

顺络电子的EMC设计及过压防护

顺络电子作为国际领先的磁性器件龙头企业，结合自身多年EMC器件/防护器件的开发和持续的解决方案服务经验，针对USB Type-C提出了相应的解决对策，如图3。

图3. USB Type-C的EMC设计

在电压供给端口和地接口部分，使用磁珠来滤除电源中可能含有的高频谐波成分，抑制 EMI。

USB3.1 STANDARD A 最大供应电流达到 900mA ,推荐：UPZ1608E181-2R2TF。

Type-C@1.5A 推荐：UPZ1608E101-3R0TF

Type-C@3A 推荐：UPZ1608U700-4R0TF

Type-C 的 PD 电源 PRORLE1~4 : UPZ1608E300-5R0TF

Type-C 的 PD 电源 PROFILE5 : UPZ1608U280-6R0TF

共模扼流器可以有效抑制共模噪音，保留差模信号，因此在差分信号线上推荐使用共模扼流器。

在差模传输线上，D+/D-保留USB2.0的速度，推荐：D+/D- : SDCW2012-2-900TF

而super speed plus传输线上，传输频率达到5Gbps ,推荐：SSTx+-/ SSRx+-: SDCW2012U-2-900TF

图4. USB Type-C过压防护方案

USB Type-C接口支持热拔插，在此操作过程中可能产生高达8kV的ESD,造成对数据传输的瞬态干扰和对硬件的损坏。针对ESD问题，顺络电子提出相应的防护方案，如图4.

USB3.1其中的超高速传输线的扩展时钟频率达到5GHz，规范规定总的电容:1.25pf (max) @5Gbps, 1.1pf(max)@10Gpbs Parasitic Capacitance to Ground ,所以防护器件电容一般需要0.2pF以下电容量。推荐物料：

Vbus : SDV1005A090C800NPTF

D+-/SSTX+-/SSRx+- : GESD1005H090CR10GPTF

在以上器件放置时，压敏电阻用于ESD防护，所以应该放置在最靠近接口部位，以便在 ESD的源头进行防护，后面才安放共模扼流器和磁珠。

未来的展望

今年上半年，各大手机厂商陆续发布旗舰手机，在华为，小米，魅族，乐视，中兴等发布的手机上都已经配置了 Type-C接口，未来市场份额还将进一步扩大。深圳顺络电子股份有限公司的EMC设计有效滤除噪音，同时要兼顾信号的完整性和特性阻抗。其过压防护方案在保证数据传输及时性同时达到ESD防护的目的。适用于各大手机厂商USB Type-C方案。

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全部评论（1）

好运常伴吾 Lv8. 研究员 2021-08-31

学习

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描述- Shenzhen Sunlord Electronics Co.,Ltd. is engaged in development,manufacturer and sales of types of chip electronic components. Sunlord's products focus on magnetic devices,microwave devices,sensitive devices,which are widely used in communications,consumer electronics,computers,automotive electronics,new energy,network equipments,industry electronics,and other fields.

型号- 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

选型指南 - 顺络 - 2024/1/4 PDF 英文下载

顺络EMC元件-磁珠选型表

顺络电感推EMC元件，提供阻抗，直流电阻，额定电流，尺寸等参数选型器，其中磁珠和共膜扼流器，分叠层和绕线形式，广泛应用在低速信号、高速信号以及电源线用。其主要提供以下参数，阻抗@100MHz(Ω)：0~5760Ω；阻抗@1GHz(Ω)：15~4600Ω；直流电阻：0.00075~8.81Ω；额定电流：0.13~10000mA；尺寸：0.6mm×0.3mm~4.5mm×1.6mm；T（尺寸）：0.3~2mm。

产品型号	品类	阻抗@100MHz(Ω)	直流电阻(Ω)	额定电流(mA)	L×W（mm×mm）	T（mm）
AEPZ4030U560-10R0T	磁珠	56±25%Ω	0.004Ω	10000mA	4.0×3.0mm	1.6mm

选型表 - 顺络立即选型

S-parameter S22 UPZ1608E101-3R0TF

型号- UPZ1608E101-3R0TF

设计模型 - 顺络 - 2024/08/31 PNG 英文下载

EMC Components

型号- SDCMA21-4-900-M1T,MI1206,UPZ1005,TCM1210U,PZ1608U121-3R0TF,GZ2012U,BLM21AG,HZ1608K,EPZ,BLM18AG,ACM2012D,ACM2012-900-2P,ACM2012H,BK1608HM,HZ1608U,HII0805,SDCW2012U-2-900TF,BLM03BB,SDCMA21-0R480G –M1T,PZ0603,UPZ,HPZ1608D221-1R5TF,MMZ1608A,SZ0603G,BK1005HS,BLM18SG,DLW21SN-SQ,MMZ1608D,FBMH1608HM,MI0805,FBMH1608HL,BK1005HM,BK0603LL,MMZ0603D,DLP2ADA900HL4L,BLM18BD,BLM18BB,MPZ1005,GZ SERIES,BLM18BA,MMZ0603Y,1206USB,TCE1210-900-4P,BLM15AX,BKP1608,PZ3216,HPZ1608E,SDCMA21-4-900M1T,FBMJ4516,HPZ1608D,MPZ1608,BK2125HS,BK2125HM,HPZ1608G,0805USB,SZ2012G,HPZ1608U,SDCW2012-2-900TF,BLM15AG,HPZ,GZ2012D601,SZ2012K,SZ2012G601,MMZ1005A-E,SZ1005F,BLM21PG,MFL2012SP101M1CTF,SZ1005G,SZ1005K,PZ2012,GZ1005U,SDCW2012H,GZ1608D121CTF,HZ-G,BK1608HS,TCE1210-900-2P,HZ-K,NT2012,GZ2012E,BLM15BD,BLM18HG,GZ2012D,HZ-U,BLM15BB,PZ1608,BLM18HE,GZ1005E,BLM15BA,BLM18HD,SZ-C,GZ1005D,CM-2M2012-700JT,BLM18PG,MMZ1608A-E,UPZ2012,SDCW-H,HZ1005U,RFCMF1220100M_T,BLM15PD,MMZ2012Y,HPZ-U,HZ1005K,DLW21SN-HQ,HZ1608K601,SZ1608G121TF,UPZ1608,HZ1005G,HP4339B,SDCW-U,HPZ-G,HI1206,BLM18EG,SDCW2012H-2-900TF,BLM41PG,SDCW3216,BK1608LL,BK1608LM,SDCW2012-U,MMZ1005S,BLM03PG,SDCW,MI0603,DLW31SN900SQ2,BLM31AG,GZ3216U,DLP11TB800UL2,MMZ1005Y,GZ1608D121TF,BK0603HM,MMZ2012D,HP4338B,MMZ1005D,BK1005LL,MPZ2012,BLM15HG,FBMJ1608,SDCW2012,MMZ2012R,BKP2125,BLM15HD,UPZ1608E221-2R2TF,BLM15HB,MMZ2012S,MMZ1005F,HZ1608K121TF,GZ-C,MMZ1608Y,GZ1608U,MMZ1608R,BK2125LM,ACM3225,ACM2012,MMZ1608S,BK2125LL,BLM15EG,PZ SERIES,TH2682,HP4291B,GZ1608D,BKP1005,GZ1608E,PZ1005,PZ4516,DLW21HN900SQ2,SDCM31-0R480G-D1,SZ1608G121CTF,BLM21BB,GZ0603D,BLM21BD,BKP0603,FBMJ2125,E4991A,MPZ0603,HZ SERIES,SZ1608K,SDCM21-0R480G-M2,SZ1608G,BLM21SG,SDCM21-0R480G-M1,SZ1608F,SZ SERIES,BLM31PG,8719ES,PZ2012D601,HPZ1005U,CL-2M2012-700JT

培训文档-商品应用及供应商介绍 - 顺络 - 2013.4 PDF 英文下载

UPZ Series Multilayer Chip Ferrite Bead

型号- UPZ1005,UPZ1608G300-1R8TF,UPZ2012U221-3R0TF,UPZ1608,UPZ2012U220-6R0TF,UPZ1608U601-1R3TF,UPZ0603U121-R90TF,UPZ1608U700-4R0TF,UPZ1608U280-6R0TF,UPZ2012U600-4R0TF,UPZ,UPZ1005D100-2R0TF,UPZ1005D221-R90TF,UPZ1608E601-1R0TF,UPZ2012E300-6R0TF,UPZ SERIES,UPZ0603,UPZ2012E121-4R0TF,UPZ1005D121-1R3TF,UPZ1608U471-1R5TF,UPZ1608U221-2R2TF,UPZ1608G101-1R0TF,UPZ1608E221-2R2TF,UPZ1608U331-1R5TF,UPZ0603U800-1R0TF,UPZ1608W260-6R0TF,UPZ2012U300-6R0TF,UPZ0603U330-1R5TF,UPZ0603U470-1R0TF,UPZ1005D300-1R7TF,UPZ1608U220-6R0TF,UPZ2012E331-2R5TF,UPZ0603U220-1R8TF,UPZ2012E221-3R0TF,UPZ2012E102-1R5TF,UPZ2012E601-2R0TF,UPZ1608E300-5R0TF,UPZ1005D300-2R2TF,UPZ1005D600-1R5TF,UPZ1608G600-1R2TF,UPZ1608E600-3R5TF,UPZ2012D800-4R0TF,UPZ1608U391-1R5TF,UPZ1608E101-3R0TF,UPZ1608E331-1R7TF,UPZ1005D800-1R5TF,UPZ1608E181-2R2TF,UPZ2012,UPZ2012D220-6R0TF

数据手册 - 顺络 - 2021/05/15 PDF 英文下载

S-parameter S22 UPZ1608E300-5R0TF

型号- UPZ1608E300-5R0TF

设计模型 - 顺络 - 2024/08/31 PNG 英文下载

Wire Wound Chip Common Mode Choke Coil – SDCW Series

型号- SDCW,SDCW2012-2-300TF,SDCW3216-2-261TF,SDCW2012-2-102TF,SDCW3216-2-222TF,SDCW2012-2-601TF,SDCW3216-2-161TF,SDCW2012-2-221TF,SDCW2012-2-261TF,SDCW3216-2-900TF,SDCW2012-2-900TF,SDCW2012-2-181TF,SDCW2012-2-670TF,SDCW2012-2-201TF,SDCW3216-2-601TF,SDCW3216-2-102TF,SDCW3216,SDCW SERIES,SDCW2012-2-121TF,SDCW2012-2-361TF,SDCW2012,SDCW2012-2-751TF,SDCW2012-2-371TF,SDCW2012-2-901TF

数据手册 - 顺络 - 2018/04/15 PDF 英文下载

顺络EMC元件-共模扼流器选型表

顺络EMC元件-共模扼流器选型表主要包括以下参数。Max. DC Resistance(Ω)：0.1~5Ω；Max. Rated Current(mA)：50~1100mA；Rated Voltage(V)：5V、20V、50V；Min. Insulation Resistance(MΩ)：10MΩ、100MΩ；Withstand Voltage(V)：12.5V；Cutoff Frequency(typ.GHz)：＞6GHz、＞8GHz、6GHz、3.5GHz。

产品型号	品类	Common Mode Impedance @100MHz(Ω)	Max. DC Resistance(Ω)	Max. Rated Current(mA)	Rated Voltage(V)	Min. Insulation Resistance(MΩ)
SDCW2012-2-300TF	共模扼流器	30±25%Ω	0.2Ω	450mA	50V	10MΩ