### USB电气特性以及EMC的设计 #### 一、USB电气特性概述 USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)是一种广泛使用的接口标准,用于连接计算机和其他数字设备。USB不仅定义了机械接口和电气规范,还规定了软件协议。本文将重点探讨USB的电气特性,特别是信号发送和接收方面的细节。 #### 二、信号的发送 ##### 2.1 USB驱动器特性 **2.1.1 驱动器特性** - **连接器结构**:USB设备端的连接器包含D+、D-、Vbus、GND等线路,并要求连接器有电缆屏蔽。 - **工作状态**:USB设备有两种工作状态——低态和高态。在低态时,驱动器的静态输出电压范围为0~0.3V,且接有15kΩ的接地负载。 - **信号保持平衡**:在高态和低态之间的输出电压变动需保持平衡,以减少信号失真。 **2.1.2 高速驱动器特性** - **电缆规格**:高速USB设备使用阻抗为90Ω±15%的屏蔽双绞线电缆,最大单路时延为26ns。 - **驱动器阻抗**:每个驱动器的阻抗必须在28Ω~44Ω之间。 - **数据传输率**:最大速率为12Mb/s。 **2.1.3 低速驱动器特性** - **连接器**:低速USB设备在插口端需要一个带有串行A口连接器的可控制电缆。 - **数据传输率**:速率为1.5Mb/s。 - **电容器**:当电缆与设备相连时,在D+/D-线上必须有一个200~450pF的单终端电容器。 - **传播时延**:低速电缆的传播时延必须小于18ns。 ##### 2.2 接收器特性 - **差分输入接收器**:接收器必须能够接收两个差分数据输入,当这两个输入处在0.8~2.5V的差分模式范围内时,接收器必须具有至少200mV的输入灵敏度。 #### 三、USB的复位信号 根据USB系统软件的需求,复位信号可以在任何集线器或主机的控制端口产生,该复位信号的最小持续时间为10ms。复位后,集线器端口将处于能动状态。USB系统软件和主机控制器必须确保发送到根端口的复位信号持续时间足够长以通知正在尝试唤醒操作的所有下游设备。根端口产生的复位信号的持续时间应为50ms,但不一定是连续的。如果不是连续的,则各间断的复位信号之间的时间间隔应小于3ms。 #### 四、EMC设计考虑 除了电气特性之外,EMC(电磁兼容性)也是USB设计中的一个重要方面。EMC设计主要包括以下几个方面: 1. **屏蔽**:USB连接器和电缆通常采用屏蔽措施,以减少外部电磁干扰的影响。 2. **滤波**:在USB电路板设计中加入适当的滤波器,可以帮助过滤掉电源噪声和其他电磁干扰。 3. **布局和布线**:合理的PCB布局和信号线布线策略可以减少辐射和传导干扰。 4. **接地策略**:良好的接地设计可以有效减少干扰问题。 5. **信号完整性**:优化信号路径以减少反射、串扰和其他信号完整性问题。 #### 五、结论 USB的电气特性对于确保USB设备的正常运行至关重要。通过对驱动器特性、接收器特性的深入理解,可以有效地提高USB系统的性能。同时,EMC设计也是不可忽视的一部分,它关系到USB设备在复杂电磁环境下的可靠性和稳定性。通过对这些技术细节的掌握,设计师可以更好地应对实际应用中的挑战。
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