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如果降低USB通信的辐射发射？

2023-5-21 09:15| 发布者: 曾工| 查看: 1491| 评论: 5|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: 要降低USB通信的辐射发射，可以采取以下几种方法： USB线缆选择：选择优质的屏蔽USB线缆，具有良好的屏蔽效果和抗干扰性能。屏蔽USB线缆可以减少外部干扰信号对通信线路的影响，并降低辐射发射。USB接口设计：在设 ...

要降低USB通信的辐射发射，可以采取以下几种方法：

  • USB线缆选择：选择优质的屏蔽USB线缆，具有良好的屏蔽效果和抗干扰性能。屏蔽USB线缆可以减少外部干扰信号对通信线路的影响，并降低辐射发射。
  • USB接口设计：在设计USB接口时，应使用符合USB规范的合格USB插头和插座。这些插头和插座经过测试和认证，具有良好的EMC性能，可以减少辐射和抗干扰能力。
  • 地线和电源线的布局：与DC到DC电路类似，合理布局USB的地线和电源线，并尽量减少它们之间的距离。使用短而粗的地线和电源线，减小回路面积和环路面积，有助于降低辐射发射。
  • USB滤波器的使用：在USB接口的电路中添加滤波器，如电感、电容器和滤波器网络。这些滤波器可以帮助减少高频噪声和EMI（电磁干扰），从而降低辐射发射。
  • 系统地面平面和屏蔽：在USB通信系统中创建良好的地面平面，并使用屏蔽罩或金属壳体来包围电路，以减少辐射发射和抑制外部电磁干扰。
  • 优化布线：优化USB线路的布线，尽量减少导线长度和面积。使用短而直接的导线，减小回路面积和环路面积，有助于减少辐射发射。
  • 符合USB规范：遵循USB规范中的设计要求和标准，确保USB通信系统在电磁兼容性方面符合相关标准，以降低辐射发射。

请注意，这些方法是一般性的建议，具体应用中的情况可能因系统设计和要求的不同而有所变化。如果您有特定的USB通信系统设计需求，建议在设计中咨询专业的电磁兼容性工程师曾工 139 2899 3907（微信同号），以获得更具体的指导和建议。

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引用  曾工    2023-5-21 09:09
USB（Universal Serial Bus）协议根据其功能和规格的不同可以分为以下几个主要分类：
  • USB 1.x：USB 1.x是最早的USB协议版本，包括USB 1.0、USB 1.1和USB 1.2。它们提供了最基本的数据传输和设备连接功能，最高传输速率为12 Mbps。
  • USB 2.0：USB 2.0是在USB 1.x基础上进行改进的协议版本。它提供了更高的传输速率，最高可达480 Mbps。USB 2.0广泛应用于计算机和外部设备的连接，如打印机、键盘、鼠标等。
  • USB 3.x：USB 3.x是USB 2.0的下一代协议版本，包括USB 3.0、USB 3.1和USB 3.2。USB 3.x提供了更高的传输速率和增强的功能，支持超速传输、增加电源传输能力和更高的功率输出。
  • USB 4：USB 4是最新的USB协议版本，基于Intel的Thunderbolt 3技术。它提供了更高的数据传输速度和更强大的功能，最高速度可达40 Gbps。USB 4向下兼容USB 3.x和Thunderbolt 3，支持多个设备和多个显示器的连接。

此外，还有一些特定用途的USB协议，如USB On-The-Go（USB OTG）用于移动设备间的直接连接和通信，USB Power Delivery（USB PD）用于提供更高功率的充电功能等。
这些USB协议的不同版本和规格提供了不同的速度、功率和功能，用于满足各种设备连接和数据传输需求。具体使用哪个USB协议取决于设备的要求和兼容性。

引用  曾工    2023-5-21 09:10
在进行USB差分信号阻抗设计时，以下是一些注意事项：
  • 差分阻抗匹配：USB差分信号需要匹配合适的阻抗，通常为90欧姆。确保差分信号线对地的阻抗匹配，以避免信号反射和失真。控制差分信号线对地的间距和层间距，以保持合适的阻抗匹配。
  • 差分信号层对称性：在多层PCB设计中，确保差分信号对称地布局在同一层或对称的层上。这有助于减小差分信号线之间的互相耦合和不均匀阻抗。
  • 差分信号线长度匹配：确保差分信号线的长度相等或非常接近，以避免时钟偏移和信号失真。通过控制线路长度、采用匹配的走线方式和使用差分信号线长度匹配技术来实现。
  • 差分信号屏蔽和隔离：为差分信号线提供合适的屏蔽和隔离，以减少外部干扰对差分信号的影响。使用屏蔽罩、屏蔽层和合适的布线技巧来保护差分信号免受干扰。
  • 选择合适的材料和层厚：选择具有合适介电常数和损耗因子的高质量PCB材料。确保使用合适的层厚，以控制差分信号线的阻抗和信号完整性。
  • 电磁兼容性（EMC）设计：在差分信号布局和设计中考虑电磁兼容性。合理分布和布线差分信号线，避免与高频信号线和电源线的交叉，减少辐射和敏感性。
  • 差分信号终端电阻：根据USB标准和规范，正确选择和配置差分信号终端电阻。这有助于匹配差分信号线的阻抗和减小反射。

以上是USB差分信号阻抗设计的一些重要注意事项。在进行实际设计时，还应参考USB规范、PCB设计规范和相关的EMC标准，以确保差分信号的质量和完整性。如果可能，建议进行仿真和测试，以验证设计的阻抗匹配和信号完整性。
引用  曾工    2023-5-21 09:12
USB（Universal Serial Bus）标准定义了不同类型的USB连接器和其对应的引脚定义。下面是USB Type-A和USB Type-C两种常见连接器的引脚定义：

USB Type-A（常见于计算机、外部存储设备等）：
  • VBUS：电源线，用于提供电源供电。
  • D-：差分数据线，负极。
  • D+：差分数据线，正极。
  • GND：地线，用于连接地。

USB Type-C（常见于现代移动设备、笔记本电脑等）：
  • VBUS：电源线，用于提供电源供电。
  • CC1：通信信道1，用于识别连接设备。
  • CC2：通信信道2，用于识别连接设备。
  • SBU1 / SBU2：Sideband Use，用于支持可选的辅助功能，如DisplayPort Alternate Mode等。
  • D-：差分数据线，负极。
  • D+：差分数据线，正极。
  • GND：地线，用于连接地。

需要注意的是，USB连接器的引脚定义可能因具体的实现和应用而有所变化，例如，USB Type-C连接器还可以支持可选的功能，如音频输出、视频输出等，这些功能的引脚定义可能会有所不同。

此外，还有其他类型的USB连接器和其对应的引脚定义，如Micro-USB和Mini-USB等，它们在引脚定义上与USB Type-A或USB Type-C有所不同。具体的引脚定义可以参考USB规范和相关的技术文档。
引用  曾工    2023-5-21 09:14
在设计USB屏蔽线时，以下是一些要点和注意事项：
  • 保持完整性：屏蔽线的主要目的是减少外部电磁干扰对USB信号的影响。确保屏蔽线覆盖整个信号线长度，从源端到终端保持连续性，以提供有效的屏蔽保护。
  • 适当连接地：屏蔽线应与系统的地线连接良好。确保屏蔽线和地线之间的连接短而直接，以最小化屏蔽回路的电阻和电感。优化地线连接有助于减少共模噪声。
  • 接地位置：在设计中选择合适的接地点非常重要。将屏蔽线和信号地线同时连接到相同的接地点，以确保共同的参考地。避免长距离的地线并尽量减小接地回路的面积。
  • 屏蔽材料和屏蔽效能：选择高质量的屏蔽材料，例如屏蔽罩、屏蔽层或屏蔽带，以提供良好的屏蔽效能。确保屏蔽材料能有效地吸收和抑制外部电磁干扰。
  • 屏蔽连接：确保屏蔽线与屏蔽材料的连接良好。焊接、压接或使用合适的屏蔽连接器来确保可靠的连接。
  • 避免屏蔽接地环：避免在屏蔽线周围形成闭合的屏蔽接地环，因为它们可能会捕捉并放大干扰信号。确保屏蔽线连接到地线的唯一路径是通过信号线的屏蔽。
  • 减少屏蔽线的长度：尽量减小屏蔽线的长度，以减少屏蔽线上的电阻和电感。短而直接的屏蔽线可以更有效地抵抗干扰信号。
  • 仿真和测试：进行仿真和测试，以验证屏蔽线的设计和性能。使用合适的测试设备和方法，如EMC测试设备和谐波分析仪，来评估屏蔽线的屏蔽效果和信号完整性。

这些要点可以帮助设计有效的USB屏蔽线，减少外部干扰对USB信号的影响。在设计过程中，建议参考USB规范和相关的EMC设计指南，以确保屏蔽线的质量和性能符合要求。
引用  曾工    2023-5-21 09:25
为了有效防护USB接口免受静电放电（ESD）的影响，可以采取以下措施：
  • ESD保护器件：在USB接口线路中添加专门的ESD保护器件。这些器件通常是双向的，能够提供双向的ESD保护。常用的ESD保护器件包括二极管、MOSFET和TVS（Transient Voltage Suppression）二极管等。选择合适的ESD保护器件，使其能够抵抗静电放电，将ESD电流引导到地或其他可接受的路径。
  • 接地设计：确保USB接口的接地设计良好。接口的金属外壳应与系统的整体接地连接，以提供良好的电磁屏蔽和ESD泄漏路径。此外，可以添加接地平面或接地线，以进一步降低接口的地电位。
  • PCB布局：在PCB布局过程中，确保ESD保护器件与USB接口之间的连接尽可能短且直接。这有助于最大限度地减小ESD电流的路径长度，并降低对接口线路的干扰。
  • 等效电路设计：设计等效电路，模拟和模仿实际ESD事件。这样可以通过模拟测试来评估和验证ESD保护的性能。确保ESD保护器件能够在实际ESD事件发生时快速响应并保护接口线路。
  • 符合标准：遵循相关的USB规范和标准，如USB Compliance Test Specification等。这些标准规定了ESD保护的要求和测试方法，可以作为设计和验证的参考依据。
  • 测试和验证：在完成设计后，进行ESD测试和验证，以确保ESD保护措施的有效性。可以使用专业的ESD测试设备和方法来模拟和测试真实的ESD事件，并确保接口能够在预定的ESD水平下正常工作。

综上所述，通过合适的ESD保护器件、良好的接地设计、优化的PCB布局和符合标准的设计，可以有效防护USB接口免受ESD的影响，并确保接口的可靠性和稳定性。

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