Elementy firmy Würth Elektronik do zabezpieczeń portów USB 2.0 przed zaburzeniami EMI i wyładowaniami ESD

Zabezpieczenie portu USB

Rysunek 1.

USB jest najczęściej występującym interfejsem w komputerach klasy PC. Jego popularność spowodowała, że coraz częściej zaczyna występować w aplikacjach przemysłowych. Przyjrzyjmy się bliżej wymaganiom stawianym tym interfejsom pod kątem zastosowań w aplikacjach przemysłowych.

Zagadnienia związane z odpornością na zaburzenia EMI i zabezpieczeniami przed wyładowaniami ESD zostały omówione przez firmę Intel w nocie aplikacyjnej "High Speed USB Platform Design Guidelines". Intel rekomenduje użycie dławika współbieżnego (common mode) do tłumienia zaburzeń EMI oraz innego komponentu do ochrony przed wyładowaniami ESD.

Würth Elektronik oferuje tego typu komponenty do ochrony interfejsów USB:

• dławik WE-CNSW został zaprojektowany do tłumienia zaburzeń EMI na szybkich liniach sygnałowych,
• diody WE-TVS o bardzo małej pojemności (<2pF) lub tłumiki ESD WE-VS (<0,05pF) będą odpowiednim wyborem do ochrony przed wyładowaniami ESD.

Należy również pamiętać o zabezpieczeniu zasilania (Vbus), gdyż jest to kluczowy punkt jeżeli chodzi o pomyślne przejście badań w laboratorium EMC. Poniżej przedstawiono dwa typowe schematy uwzględniające powyższe zabezpieczenia dla pojedynczego i podwójnego portu USB. Za pomocą pojedynczej matrycy diod TVS można w pełni zabezpieczyć dwa porty USB.

Wszystkie cztery linie sygnałowe, jak również wspólna linia zasilania są prawidłowo zabezpieczone. Do dalszej optymalizacji, tj. do filtracji wejściowych zaburzeń współbieżnych i różnicowych pochodzących z linii USB, zbudowano filtr LC składający się z dławika WE-CNSW i kondensatorów. Do ochrony linii zasilającej zalecany jest koralik ferrytowy serii WE-CBF (rys. 1).

Elementy do ochrony tylko jednej linii sygnałowej, np. tłumiki ESD serii WE-VE również muszą być włączone między linią sygnałową i linią masy. Do ochrony linii zasilającej nie jest wymagane stosowanie niskopojemnościowego tłumika ESD, zamiast którego można użyć standardowy warystor SMD wytrzymujący impulsy o większej energii (rys. 2).

Diody WE-TVS

Rysunek 2.

Diody spełniają trzy podstawowe funkcje:

• ochrony przed impulsami ESD w odniesieniu do EN 61000-4-2,
• ochrony przed impulsami przepięciowymi w odniesieniu do EN 61000-4-5,
• ochrony przed impulsami EFT w odniesieniu do EN 61000-4-4.

Diody WE-TVS zostały zaprojektowane tak, aby skutecznie chronić szybkie linie sygnałowe, tj. USB 2.0, DVI czy LAN przed przepięciami. Parametry diod serii WE-TVS wykraczają poza wymogi postawione w normie EN 61000-4-2. Dzięki bardzo małej pojemności (<2,0 pF) są praktycznie "niewidoczne" na linii sygnałowej.

Tłumiki ESD

Są to pewnego rodzaju warystory o niskiej i zdefiniowanej pojemności. Würth Elektronik oferuje trzy serie tych produktów:

• WE-VE seria standardowa (pojemność od 1pF do 120pF, napięcia od 5V do 24V),
• WE-VE seria "ULC" (pojemność od 0,2pF, odpowiednie do linii sygnałowych do 12V),
• WE-VE seria femtoF (napięcia znamionowe 6V, 14V i 26V pojemność od 0,05pF).

Dla pierwszych dwóch serii dostępne są elementy w wersji 4-kanałowej. Więcej informacji o zabezpieczaniu portu USB 2.0 i innych aplikacjach można znaleźć pod adresem: www.we-online.com/toolbox w zakładce "Application Notes".

Würth Elektronik GmbH & Co. KG
www.we-online.com