如何连接 USB 连接器屏蔽?

电器工程 电路板 USB 连接器 布局 屏蔽
2022-01-19 00:37:13

我应该如何在 PCB 上布线 USB 连接器屏蔽?是直接连接到USB所在的GND平面,还是屏蔽层与GND隔离,还是通过ESD保护芯片、高阻电阻或保险丝接地?

PS。我应该将屏蔽连接放在原理图上,还是只在 PCB 上布线?

4个回答

为了使屏蔽有效,它需要尽可能低的阻抗连接到屏蔽接地。我认为那些推荐电阻器,或者根本不将其接地,或者严格谈论您的数字逻辑接地,并假设您有一个单独的屏蔽接地。如果您有金属外壳,这将是您的屏蔽接地。在某些时候,您的数字地必须连接到您的屏蔽地。出于 EMI 的原因,这个单点应该靠近您的 I/O 区域。这意味着最好将您的 USB 连接器与任何其他 I/O 连接器放在电路板的一个部分周围,并将您的屏蔽定位到该位置的逻辑接地点。单点规则有一些例外,例如,如果您有一个没有任何孔的坚固金属外壳,则多个连接点可能会有所帮助。在任何情况下,在屏蔽到电路接地连接时,有些人可能会建议使用电阻器或电容器(或两者),但很少有合理的理由这样做。您希望两者之间的低电感连接为共模噪声提供路径。为什么要通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?这种策略通常给出的唯一原因是防止接地回路,但您在谈论 USB,接地回路很可能不会成为大多数 USB 应用程序的问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会破坏你的屏蔽几乎无效。您希望两者之间的低电感连接为共模噪声提供路径。为什么要通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?这种策略通常给出的唯一原因是防止接地回路,但您在谈论 USB,接地回路很可能不会成为大多数 USB 应用程序的问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会破坏你的屏蔽几乎无效。您希望两者之间的低电感连接为共模噪声提供路径。为什么要通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?这种策略通常给出的唯一原因是防止接地回路,但您在谈论 USB,接地回路很可能不会成为大多数 USB 应用程序的问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会破坏你的屏蔽几乎无效。

Herny Ott 在他的“电磁兼容性工程”一书中讨论了这一点。你需要从大局来看。IE,盾牌在做什么?

对于低频信号,屏蔽层用于保护正在传输的信号。您希望避免电源线/AM/FM 无线电信号耦合到您的信号中,因为它会干扰正常操作。因此,您不得在两端连接 GND。接地回路会导致小噪声耦合到您的信号中,因此必须断开接地回路。这并不意味着你让盾牌挂着。您应该将电缆的屏蔽层系到您的外壳上,如果需要(如同轴电缆的情况下),您可以将电路的接地连接到同一点。由于上述原因,您希望尽可能地使用单点接地来实现低频。

然而,对于高频信号,情况正好相反。它们通常是非常高频率的数字信号。即使确实耦合了一些噪声,电子设备的数字特性以及滤波应该很容易维持正常操作。您想减少数据信号的发射,而不是保护它免受辐射。因此,最低阻抗路径的两端都应连接到屏蔽层。是的,会有接地回路,噪声会耦合进来,但这无关紧要。在高频的情况下,多点接地是首选。

检查您的 USB 芯片制造商是否规定了您应该使用什么。我很确定赛普拉斯推荐使用 1M 电阻和 4.7nf 电容将屏蔽层接地。两个屏蔽孔应该用非常大的走线连接(我相信他们建议 100 密耳?)

可能相互矛盾的指导方针:

USB Type-C 规格

插座外壳应连接到 PCB 接地层。

[但是通过什么连接?]

赛普拉斯成功 EZ-USB®FX2LP™ 硬件设计指南 (以前称为高速 USB PCB 布局建议):

  • 通过一个电阻器将 SHIELD 连接到 GND。这有助于隔离它并减少 EMI 和 RFI 辐射。将此电阻靠近 USB 连接器。可能需要进行一些实验才能获得正确的值。
  • 在与 VCC 平面相邻的信号层上为 USB 屏蔽提供一个平面,该平面不大于 USB 接头。

USB 组件的英特尔EMI 设计指南

全速器件 EMI 合规性的主要挑战是防止高频能量耦合到屏蔽层。

全速设备使用屏蔽电缆,要求将连接器外壳连接到接地层。重要的是要注意,地平面在高频下的行为不像等电位面。连接器外壳与 Gnd 平面的端接位置至关重要。需要连接到接地平面的最安静区域,以防止来自接地平面的噪声耦合到屏蔽...

等等。

谷歌“USB 指南”