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淺談USB產(chǎn)品的EFT抗干擾分析

USB為Universal Serial Bus之簡(jiǎn)稱(chēng),中文名稱(chēng)為:通用序列總線(xiàn),其特性為隨插即用,USB接口適用各種操作系統,不需安裝特殊驅動(dòng)程序,也不需繁復的設備安裝過(guò)程,透過(guò)USB的接口,您即可馬上存取您的各項資料或驅動(dòng)其它硬件,堪稱(chēng)為目前最佳人性化的使用接口,目前USB接口備廣泛應用一般計算機配備中例如鍵盤(pán),鼠標,軟盤(pán)機,數字相機,CD/DVD-ROM,隨身碟與其它儲存設備等均可見(jiàn)其身影.USB接口從1.0版本發(fā)展到1.1版本,到現在的2.0版本.速度從原來(lái)的15Mbps發(fā)展到了480Mbps.將來(lái)的3.0版本更加會(huì )10倍于現有速度,因此USB接口將來(lái)發(fā)展必定速度更高,應用更加廣泛.同時(shí),USB的EMC問(wèn)題也顯得越來(lái)越重要,頻率的越來(lái)越高使得產(chǎn)品要滿(mǎn)足EN 55022/GB9254,EN55024/GB17618越來(lái)越困難.下面將就USB接口的EFT抗干擾進(jìn)行探討.


一: 按照IEC61000-4-4/GB/T17626.4電快速瞬變脈沖群EFT抗擾度試驗,目的是驗證由切換電感性負載、繼電器觸點(diǎn)彈跳而引起的各種瞬變騷擾的抗干擾能力。這種試驗是一種耦合到電源線(xiàn)路、控制線(xiàn)路、信號線(xiàn)路上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗??焖倜}沖群是由間隔為300ms的連續脈沖串構成,每一個(gè)脈沖串持續15ms,脈沖串由很多單個(gè)脈沖的上升沿5ns,持續時(shí)間50ns,重復頻率5kHz的單個(gè)脈沖組成。實(shí)驗要點(diǎn):短上升時(shí)間,重復率,低能量。


二:USB接口的EFT測試, USB接口同時(shí)帶有信號線(xiàn)和5Vdc供電線(xiàn),因此我們仍然選擇用電容耦合夾的干擾注入方式。因為耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )中的去耦電容(0.1uF左右),以及去耦電感(>100μH),會(huì )使工作信號發(fā)生嚴重失真,特別是對于USB2.0等高速端口,影響更為嚴重。從而讓實(shí)驗不能如實(shí)反映設備的真實(shí)狀態(tài)。但如果是單獨的直流電源線(xiàn)(不含信號線(xiàn)),我們仍舊可以采用耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )來(lái)施加干擾。


三:根據EFT測試原理我們可以知道EFT干擾是過(guò)耦合板與受試電纜之間的分布電容進(jìn)入受試電纜,而受試電纜所接收到的脈沖仍然是相對參考接地板來(lái)說(shuō)的。因此,通過(guò)耦合夾對受試電纜所施加的干擾是共模性質(zhì)的。電快速脈沖干擾導致設備失效的機理根據國外學(xué)者對脈沖群干擾造成設備失效的機理的研究,單個(gè)脈沖的能量較小,不會(huì )對設備造成故障。但脈沖群干擾信號對設備線(xiàn)路結電容充電,當上面的能量積累到一定程度之后,就可能引起線(xiàn)路(乃至系統)的誤動(dòng)作。因此,線(xiàn)路出錯會(huì )有個(gè)時(shí)間過(guò)程,而且會(huì )有一定偶然性(不能保證間隔多少時(shí)間,線(xiàn)路一定出錯,特別是當試驗電壓達到臨界點(diǎn)附近時(shí))。而且很難判斷究竟是分別施加脈沖,還是一起施加脈沖,設備更容易失效。也很難下結論設備對于正向脈沖和負向脈沖哪個(gè)更為敏感。實(shí)踐表明,一臺設備往往是某一條電纜線(xiàn),在某一種試驗電壓,對某個(gè)極性特別敏感。實(shí)驗顯示,信號線(xiàn)要比電源線(xiàn)對電快速脈沖干擾敏感得多。對于USB接口產(chǎn)品來(lái)說(shuō),由于USB起始幀間隔時(shí)間為1ms,與EFT干擾信號頻率成諧波關(guān)系.15個(gè)幀很可能在一群15ms的EFT干擾脈沖群中丟失.造成USB連接的丟失.


四:根據EFT干擾的性質(zhì),對于EFT抗擾的抑制,我們可以知道加入共模濾波器可以很大程度上解決EFT的問(wèn)題.但是由于共模濾波器一般用于低速信號的電子產(chǎn)品,不過(guò)可能考慮到USB的拓撲和信令方式,USB開(kāi)發(fā)組織并不推薦.除此之外,解決EFT抗擾的方法還可以考慮,1:用TVS進(jìn)行保護,TVS無(wú)論是正還是負干擾,都會(huì )通過(guò)”橋”的一個(gè)控制二極管反應在輸出端由TVS進(jìn)行嵌位,而連接”數據線(xiàn)”的EFT防護是由一個(gè)控制二極管和TVS串聯(lián)組成,它的響應速度極快.極間電容很小,所以是理想的保護模式。市場(chǎng)上也有這類(lèi)型成熟的集成產(chǎn)品可供使用.2:對于由于EFT干擾使得產(chǎn)品丟失連接的,還可以考慮通過(guò)在軟件上加入看門(mén)狗程序來(lái)完成USB的軟件插拔過(guò)程,使得產(chǎn)品在丟失連接后能自動(dòng)重新連接上.3:其實(shí)大部分EFT問(wèn)題都是可以通過(guò)PCB布線(xiàn)解決的. EFT干擾電流是通過(guò)PCB的地層或印制線(xiàn)與參考地之間的寄生電容流動(dòng)的,其中主要電流會(huì )在地層上,因此地層阻抗非常重要,你要處理好地層完整性 ,還有濾過(guò)波的信號與沒(méi)有濾過(guò)波的信號之間要防止串擾. 如之間插入屏蔽地線(xiàn)等.使用性能較好的USB連接線(xiàn),外殼接地等等都有助于EFT的抗擾性能,總之,良好的排版可以避免很多EFT的問(wèn)題.相應的布線(xiàn)規則在USB的官方開(kāi)發(fā)論壇也有介紹.


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