USB產品的EFT抗幹擾分析

中國賽寶實驗室、中國廣州天河區東莞莊路110號安全與電磁兼容中心EMC室
、

摘要：本文主要介紹USB產品的EFT抗幹擾測試方法和原理


，以及給出了一些相應對策建議。

關鍵詞: USB  EFT測試 幹擾抑製

    USB為Universal Serial Bus之簡稱,中文名稱為:通用序列總線,其特性為隨插即用,USB接口適用各種操作係統,不需安裝特殊驅動程序,也不需繁複的設備安裝過程,透過USB的接口,您即可馬上存取您的各項資料或驅動其它硬件,堪稱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,鼠標,軟盤機,數字相機,CD/DVD-ROM,隨身碟與其它儲存設備等均可見其身影.USB接口從1.0版本發展到1.1版本,到現在的2.0版本.速度從原來的15Mbps發展到了480Mbps.將來的3.0版本更加會10倍於現有速度,因此USB接口將來發展必定速度更高,應用更加廣泛.同時,USB的EMC問題也顯得越來越重要,頻率的越來越高使得產品要滿足EN 55022/GB9254,EN55024/GB17618越來越困難.下麵將就USB接口的EFT抗幹擾進行探討.

一: 按照IEC61000-4-4/GB/T17626.4電快速瞬變脈衝群EFT抗擾度試驗，目的是驗證由切換電感性負載、繼電器觸點彈跳而引起的各種瞬變騷擾的抗幹擾能力。這種試驗是一種耦合到電源線路
、控製線路
、信號線路上的由許多快速瞬變脈衝組成的脈衝群試驗。快速脈衝群是由間隔為300ms的連續脈衝串構成，每一個脈衝串持續15ms，脈衝串由很多單個脈衝的上升沿5ns，持續時間50ns，重複頻率5kHz的單個脈衝組成。實驗要點：短上升時間

，重複率
，低能量。

二：USB接口的EFT測試, USB接口同時帶有信號線和5Vdc供電線,因此我們仍然選擇用電容耦合夾的幹擾注入方式。因為耦合/去耦網絡中的去耦電容（0.1uF左右）
，以及去耦電感（＞100μH），會使工作信號發生嚴重失真
，特別是對於USB2.0等高速端口，影響更為嚴重。從而讓實驗不能如實反映設備的真實狀態。但如果是單獨的直流電源線（不含信號線），我們仍舊可以采用耦合/去耦網絡來施加幹擾。

三:根據EFT測試原理我們可以知道EFTganraoshiguoouhebanyushoushidianlanzhijiandefenbudianrongjinrushoushidianlan，ershoushidianlansuojieshoudaodemaichongrengranshixiangduicankaojiedibanlaishuode。yinci，tongguoouhejiaduishoushidianlansuoshijiadeganraoshigongmoxingzhide。diankuaisumaichongganraodaozhishebeishixiaodejiligenjuguowaixuezheduimaichongqunganraozaochengshebeishixiaodejilideyanjiu
，dangemaichongdenengliangjiaoxiao
，buhuiduishebeizaochengguzhang。danmaichongqunganraoxinhaoduishebeixianlujiedianrongchongdian，dangshangmiandenengliangjileidaoyidingchengduzhihou，jiukenengyinqixianlu（乃至係統）的誤動作。因此
，線路出錯會有個時間過程
，而且會有一定偶然性（不能保證間隔多少時間，線路一定出錯，特別是當試驗電壓達到臨界點附近時）。而er且qie很hen難nan判pan斷duan究jiu竟jing是shi分fen別bie施shi加jia脈mai衝chong，還hai是shi一yi起qi施shi加jia脈mai衝chong，設she備bei更geng容rong易yi失shi效xiao。也ye很hen難nan下xia結jie論lun設she備bei對dui於yu正zheng向xiang脈mai衝chong和he負fu向xiang脈mai衝chong哪na個ge更geng為wei敏min感gan。實shi踐jian表biao明ming，一yi台tai設she備bei往wang往wang是shi某mou一yi條tiao電dian纜lan線xian
，在zai某mou一yi種zhong試shi驗yan電dian壓ya，對dui某mou個ge極ji性xing特te別bie敏min感gan。實shi驗yan顯xian示shi，信xin號hao線xian要yao比bi電dian源yuan線xian對dui電dian快kuai速su脈mai衝chong幹gan擾rao敏min感gan得de多duo。對dui於yuUSB接口產品來說,由於USB起始幀間隔時間為1ms,與EFT幹擾信號頻率成諧波關係.15個幀很可能在一群15ms的EFT幹擾脈衝群中丟失.造成USB連接的丟失.

四:根據EFT幹擾的性質,對於EFT抗擾的抑製,我們可以知道加入共模濾波器可以很大程度上解決EFT的問題.但是由於共模濾波器一般用於低速信號的電子產品,不過可能考慮到USB的拓撲和信令方式,USB開發組織並不推薦.除此之外,解決EFT抗擾的方法還可以考慮,1:用TVS進行保護,TVS無論是正還是負幹擾,都會通過”橋”的一個控製二極管反應在輸出端由TVS進行嵌位,而連接”數據線”的EFT防護是由一個控製二極管和TVS串聯組成,它的響應速度極快.極間電容很小,所以是理想的保護模式。市場上也有這類型成熟的集成產品可供使用.2:對於由於EFT幹擾使得產品丟失連接的,還可以考慮通過在軟件上加入看門狗程序來完成USB的軟件插拔過程,使得產品在丟失連接後能自動重新連接上.3:其實大部分EFT問題都是可以通過PCB布線解決的. EFT幹擾電流是通過PCB的地層或印製線與參考地之間的寄生電容流動的,其中主要電流會在地層上,因此地層阻抗非常重要,你要處理好地層完整性 ,還有濾過波的信號與沒有濾過波的信號之間要防止串擾. 如之間插入屏蔽地線等.使用性能較好的USB連接線,外殼接地等等都有助於EFT的抗擾性能,總之,良好的排版可以避免很多EFT的問題.相應的布線規則在USB的官方開發論壇也有介紹.

深藍宇從事工控研發十多年，對產品的每一個功能都嚴格要求，多次測試

，讓產品穩定性更強。以下就一款適用於多網口
、適用於3D鞋模掃描、缺陷檢測等行業。以下具體介紹應用於缺陷檢測，3D掃描行業的嵌入式工控機PCX-9120：

1.1 產品簡介

隨著社會技術的發展
，以及設備生產廠家要求的提高
，對於工業控製計算機的功能、性能以及穩定性等方麵，有更多的要求和期望值。以往的傳統工業控製計算機，在結構、散熱
、性能
、功能等方麵
，不一定能夠滿足現代化大生產的需求。針對這類的需求，藍宇通過大量的市場調查和分析，專門研發和推出PCX-9120
，以滿足客戶的特定需求。

   PCX-9120的應用定位，主要是針對安裝空間有限
、高運算性能、無風扇被動散熱
、防塵防震防靜電、多網絡擴展
、長期穩定工作的需求而設計
，比如機器視覺應用、ethercat現場總線控製係統應用、高性能嵌入式網關應用
、車載智能服務管理應用等眾多應用領域。

1.2 產品特性

• DC 12V/24V供電
• CPU配置高，兼容性強
  ，可配INTEL第六代、第七代 FCLGA1151 係列CPU
• 內存采用DDR4雙通道設計，最高可支持64G
• 支持雙硬盤儲存
• 支持HDMI+VGA雙顯模式，分辨率高達4096*2304
• 9個采用Intel I211網絡芯片的10/100/1000M自適應網絡接口
• 內置1個MINIPCIE接口，可接Wifi或4G模塊。Wifi模塊可以支持半高、全高兩種模式。
• 采用無風扇被動式散熱，在大功率的前提下仍然具備出色的散熱效果
• 超緊湊結構
  ，內部無連線設計
• 提供最大可能性的防塵防振性能
• 整合方便，維護簡單

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參考文獻：

1：GB/7 17626.4-1998 電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗