reklama
reklama
reklama
© janaka dharmasena dreamstime.com_technical Przemysł elektroniczny | 28 kwietnia 2015

Zabezpieczenie USB

Rośnie znaczenie i popularność interfejsu USB, a co za tym idzie, coraz istotniejsze jest zapewnienie odpowiedniego zabezpieczenia. Zapraszamy do lektury artykułu technicznego na ten temat.
Popularność USB idzie w parze z pojawiającymi się tu czasem problemami ze zrywaniem połączenia, problemami z zabezpieczaniem tego interfejsu przed wyładowaniami ESD oraz presją na coraz większe przepustowości.
Natomiast chęć wykorzystania USB coraz szerzej jako głównego interfejsu komunikacyjnego w aplikacjach przemysłowych powoduje, że musi być on w przemyślany i kompleksowy sposób zaprojektowany.

Przykładowym sposobem zabezpieczenia często obecnie używanego standardu USB 2.0 jest sposób pokazany na poniższym schemacie:



Cewki skompensowane i kondensatory:

Do zabezpieczenia linii danych przed zakłóceniami zastosowane zostały miniaturowe cewki skompensowane w polaczeniu z kondensatorami (w powyższym rozwiązaniu często z zakresu 10-47pF/X7R/50V) tworzące dobre zabezpieczenie zarówno przeciwko zakłóceniom typu wspólnego jak i różnicowego. W celu tłumienia zakłóceń w interfejsach tego typu stworzona została seria WE-CNSW, dla wersji interfejsu 2.0 najbardziej optymalną jest tu cewka o impedancji rzędu 90 Ohm@100MHz, natomiast jeżeli zamierzamy chronić interfejs USB 3.0 powinno użyć się wersji o nieco niższych impedancjach rzędu 60-67 Ohm@100MHz by zachować integralność sygnału.

Koraliki ferrytowe:

By nie napotkać problemów w czasie badań EMC warto tez zabezpieczyć linie zasilania. Przed propagacją zakłóceń optymalny będzie tu koralik ferrytowy o impedancji rzędu 600Ohm @100MHz i odpowiedniej wydajności prądowej.

Diody TVS:

Ważnym elementem zabezpieczenia interfejsu USB jest też zabezpieczenie przed wyładowaniami ESD, spełniające wymagania EN 61000-4-2, czyli:
-8kV przy wyładowaniach kontaktowych
-15 kV przy wyładowaniach powietrznych

Ważne jest by używając odpowiedniej matrycy diod TVS dopasować wewnętrzną pojemność złącza diod do szybkości interfejsu. Dla standardu USB 2.0 optymalne będą wersje z C<=3pF natomiast dla USB 3.0 należy ta pojemność zredukować do poziomu 0.1-0.2pF by diody te stały się niemal niewidoczne dla linii sygnałowych.

Würth Elektronik oferuje dla swoich klientów zarówno rozwiązania zintegrowanych matryc diod TVS w układzie klasycznym (SOT23-5L, SOT23-6L, SOT143-4L), w układzie tzw. „flow thru design” ułatwiającym projektowanie przez wyrównanie długości wyprowadzeń dla każdej linii sygnałowej, jak tez rozwiązania dyskretne w rozmiarach 0402/0603/0805 dla różnorodnej ilości portów oraz szybkości interfejsu.

Warystory SMD:

Jeżeli obawiamy pojawienia się na linii zasilania narażeń szybkozmiennych, tzw. burst, konieczne będzie zabezpieczenie z wykorzystaniem z rozwiązań dyskretnych w tym warystorów SMD zapewniających nam bezpieczeństwo zgodnie z normą: EN 61000-4-4. Możemy wtedy wykorzystać następujące rozwiązanie:



Szybkie dyskretne diody typu WE-VE lub WE-VE ULC o niskiej pojemności wewnętrznej w dalszym ciągu zapewniają tu zabezpieczenie przeciwko ESD (zgodnie z EN61000-4-2) nie mając dużego wpływu na kształt sygnału.

Gotowe rozwiązania:

Ciekawą opcją oferowaną klientom korzystającym z interfejsu USB 2.0 , którzy napotkali w swoim projekcie problemy z utrzymaniem poprawnej komunikacji jest możliwość zastosowania kompatybilnego z ogólnie przyjętym standardem wyprowadzeń złącz USB rozwiązania ze zintegrowanym wewnętrznie filtrem: WE-WPLE.

Rozwiązanie to spełnia wszelkie wymagania stawiane aplikacjom z interfejsem USB, takie jak np:
  • praca zgodna z szybkością USB 2.0 “High Speed” do 480 Mbit/s,
  • wbudowana cewka skompensowana tłumiąca zakłócenia typu wspólnego
  • wbudowane kondensatory i koraliki ferrytowe zapewniające tłumienie zakłóceń typu różnicowego
  • zabezpieczenie ESD zarówno linii danych jaki linii zasilania spełniające poniższe wymagania:
    IEC 61000-4-2 (ESD) ±15 kV (powietrze), ±8 kV (kontakt)
    IEC 61000-4-4 (EFT) (5/50 ns) 20 A (I/O), 40 A VDD
    IEC 61000-4-5 (Oświetlenie) 6 A (8/20 µs)
  • ultra niska pojemność wewnętrzna: 2 pF (typowo).

Autorem artykułu jest Piotr Gierwiatowski, FAE Inżynier Aplikacyjny Elementy Pasywne, © Würth Elektronik Polska.

12 i 13 maja w Rzeszowie i Gliwicach odbędą się seminaria firmy Würth Elektronik związane z szeroko pojętą kompatybilnością elektromagnetyczną. Evertiq.pl jest patronem medialnym tych wydarzeń.

---

Würth Elektronik jest największym europejskim producentem elementów pasywnych jak też elementów mających zapewnić kompatybilność elektromagnetyczną oraz poprawność funkcjonowania interfejsów szeregowych, w tym szczególna uwaga jest poświęcona popularnemu interfejsowi USB. Interfejs ten, poprawnie zabezpieczony jest szeroko stosowany, nie tylko w aplikacjach konsumenckich, lecz również w przemyśle, a nawet w aplikacjach medycznych oraz w przemyśle automotive.

Komentarze

Zauważ proszę, że komentarze krytyczne są jak najbardziej pożądane, zachęcamy do ich zamieszczania i dalszej dyskusji. Jednak komentarze obraźliwe, rasistowskie czy homofobiczne nie są przez nas akceptowane. Tego typu komentarze będą przez nas usuwane.
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
August 13 2017 16:10 V8.5.9-1