USB 2.0 – zabezpieczenie portu przed EMI i ESD

Zabezpieczenie portu USB Port USB jest najczęściej występującym interfejsem w komputerach klasy PC. Popularność jego spowodowała, że coraz częściej zaczyna występować w aplikacjach przemysłowych. Przyglądnijmy się bliżej wymaganiom stawianym tym interfejsom pod kątem zastosowania w aplikacjach przemysłowych. Odporność na zakłócenia EMI oraz zabezpieczenia przeciwko ESD zostały zdefiniowane przez Intela w nocie aplikacyjnej “High Speed USB Platform Design Guidelines”. Intel rekomenduje użycie dławika współbieżnego (common mode) do tłumienia zakłóceń EMI oraz innego komponentu do zabezpieczenia przeciwko impulsom ESD. Würth Elektronik do ochrony interfejsu USB oferuje tego typu komponenty. - Dławik WE-CNSW został zaprojektowany do tłumienia zakłóceń EMI na szybkich liniach sygnałowych - oraz do zabezpieczenia przeciw ESD diody WE-TVS o bardzo małej pojemności (<2pF) lub ESD Suppressors WE-VS (pojemność 0.05pF) będą odpowiednim wyborem. Na samym końcu należy również pamiętać o zabezpieczeniu zasilania (Vbus), gdyż jest to kluczowy punkt jeżeli chodzi o pomyśle przejście badań w laboratorium EMC. Poniżej zostały przedstawione dwa typowe schematy uwzględniające powyższe zabezpieczenia dla podwójnego oraz pojedynczego portu USB. © Wurth Electronics © Wurth Electronics Za pomocą jednej diody TVS można w pełni zabezpieczyć dwie linie sygnałowe USB. Wszystkie cztery linie sygnałowe jak również główne zasilanie są prawidłowo zabezpieczone. Do dalszej optymalizacji tj. do filtracji wchodzących zakłóceń wspólnych oraz różnicowych linii USB, budujemy filtr LC składający się z dławika WE-CNSW oraz kondensatorów. Do ochrony linii zasilającej zalecany jest ferryt WE-CBF. Elementy do ochrony tylko jednej linii sygnałowej jak ESD suppressors WE-VE również muszą być połączone pomiędzy linią sygnałową, a GND. Do ochrony linii zasilającej nie jest wymagane stosowanie nisko pojemnościowego ESD suppressor-a, można natomiast użyć standardowego warystora SMD, który wytrzyma wyższe przepięcia. Diody WE-TVS Diody spełniają trzy podstawowe funkcje: - ochrona przed impulsami ESD w odniesieniu do EN 61000-4-2 - ochrona przed impulsami przepięciowymi w odniesieniu do EN 61000-4-5 - ochrona przed impulsami EFT w odniesieniu do EN 61000-4-4 Diody WE-TVS zostały zaprojektowane aby skutecznie chronić szybkie linie sygnałowe tj. USB 2.0, DVI oraz LAN przed przepięciami. Seria diod WE-TVS przewyższa wymagania jakie są postawione w normie EN 61000-4-2. Dodatkowo dzięki ultra niskiej pojemności (<2.0 pF) są praktycznie niewidzialne na linii sygnałowej. ESD Suppressors Elementy te są pewnego rodzaju specjalnymi warystorami z niską i zdefiniowaną pojemnością. Würth Elektronik w swojej ofercie posiada trzy serie tych produktów: - WE-VE seria standard: Pojemność od 1pF do 120pF oraz napięcią od 5V do 24V - WE-VE seria “ULC”: Pojemność od 0.2pF, odpowiednie do linii sygnałowych do 12V - WE-VE seria femtoF: Pojemność od 0.05pF oraz napięcie znamionowe 6V, 14V oraz 26V Dla pierwszych dwóch serii dostępne są elementy zawierające 4-suppressor-y w jednym opakowaniu. Artykuł powstał dzięki uprzejmości firmy Würth Elektronik GmbH & Co. KG. Würth Elektronik jest niemiecką firmą z ponad 20 letnim doświadczeniem w produkcji elementów pasywnych oraz złącz i przełączników. Jesteśmy obecni w branży Automotive, telekomunikacji, urządzeń medycznych oraz innych powiązanych z aplikacjami dla przemysłu. Ponad 150 inżynierów technicznych na całym świecie oferuje wsparcie projektowe związane z elementami pasywnymi i elektromechanicznymi.