USB接口EMC设计方案

一、接口概述

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，下面从接口原理图、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

二、接口电路原理图的EMC设计

USB 2.0接口防静电设计

图1 USB 2.0接口防静电设计

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：

L2为共模滤波电感，用于滤除差分信号上的共模干扰；
L1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。
L2共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz ~120Ω/100MHz，典型值选取90Ω/100MHz；
L1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。

三、连接器设计

USB AF连接器USB信号排序设计

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：

四、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

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。