USB20噪讯对策技术

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1、USB2.0噪訊對策技術高弘毅內容標題導覽：前吕1差動傳輸的有效性1結語1刖旨連接PC與周邊設備的USB介面(interface)具有良好的方便性，因此最近幾年USB普及化的速度遠超過當初的預期。隨著多媒體(multimedia)與儲取(storage)設備的大容量化，FS(Full・Speed)與LS(Low・Speed)資料傳遞速度成爲嚴重的瓶頸(bottleneck)，導致周邊設備無法充分發揮應有的性能，因此出現所謂的HS(High-Speed)新機種，這種新產品除了有可與傳統FS、LS產品相容之外，它的資料傳遞速度是FS的40倍(480Mbps)，該速度足夠滿足寬頻(br

2、oadband)的需求。由於內建HS介面的機種越來越多，USB成爲PC與周邊設備不可閤缺的重要device°設有USB的產品必需通過USBIF(USBImplementersForum)認證，否則不可標示USB合格標誌(logo)，也就是說廠商必需確保規定的波形品質，尤其是實施噪訊(noise)對策時對波形的影響。差動傳輸的有效性一般認爲包含USB在內的設備使用差動傳輸對EMI(ElectroMagneticInterfere；電磁波干擾)比較有利，它的動作原理是根據兩根差動信號線內的電流，在反方向具有相同人小的特性，利用該特性使磁界相互抵銷。隨著USB的普及化噪訊問題也越來越嚴

3、重，雖然差動傳輸對EMI相當有效，事實上卻始終無法根本消除EMI問題，因此接下來要探討EMI發生原因，同時介紹幾種有效的EMI對策:(A).FS、LS與HS噪訊對策的差異USB發生噪訊的原因之一是從其它電路的噪訊流入所造成，USB以外的電路所產生的噪訊屬於commonmode，它會藉由USB導線(cable)四處流竄，也就是說導線等於是噪訊的發射天線(antenna)。圖1是常用的FS與的LS噪訊對策電路，如圖所示Ferritebeads常被用於D-、D+信號線，利用具有lowpassfilter功能的ferritebeads，將信號線內傳輸的高頻噪訊去除，然而HS的傳輸速度比F

4、S快40倍，因此Ferritebeads會將構成信號傳輸的頻率成份一倂除掉?造成信號波形受到嚴重影響。圖1FS與LS常用的噪訊對策電路爲广說明HS信號線內裝設Ferritebeads時的波形，因此使用如圖2所示兩個設有Ferritebeads的基板(board)»驅動端輸出測試packet，Ferritebeads爲22Q(100MHz時；日本村田製)；圖3是無裝設Ferritebeads時的波形，由圖可知裝設Ferritebeads後的波形圖案(pattern)反而變得更亂。圖2測試傳輸波形之實驗架構圖3HS方式傳輸測試時，有無濾波器的波形比較(A).commonmode扼流線

5、圈的重要性由以上實驗可知以HS方式傳遞資料時不可使用Ferritebeads作EMI對策，對HS傳遞模式而言commonmode扼流線圈可依照信號傳輸方式的不同有效消除噪訊，因此commonmode扼流線圈成爲消除噪訊不可閩缺的元件之_。圖4是commonmode扼流線圈的基本結構，基本上它是由兩根信號線纏繞在環狀Ferrite型芯(core)所構成，當HS受到其電路影響產生common噪訊時(亦即所謂的commonmode電流)，磁束就會被加乘變成阻抗(impedance):相較之下差動傳輸信號(亦即所謂的差異模式電流)祇會抵銷磁朿不會產生阻抗'也就是說使用減，進而達成消除噪訊

6、的目的。commonmode扼流線時差動信號不會衰減，commonmode的噪訊則大幅衰圖4commonmode扼流線圈的基本結構(A).commonmode扼流線圈選用技巧理論上不會對差動信號產生不良影響是commonmode扼流線圈的最高理想，事實上commonmode扼流線圈同時具備commonmode阻抗與差異模式阻抗，由於commonmode阻抗會使差異模式阻抗衰減，因此一般都希望commonmode阻抗越人越好；差異模式阻抗會對差動傳輸波型產生不良影響，所以希望差異模式阻抗越小越好。此外commonmode扼流線圈的外形隨著commonmode阻抗値增加而變大，相對的

7、差異模式阻抗値也跟著變大，換言之在信號波形容許範圍內，盡可能選用commonmode阻抗値較大的commonmode扼流線圈。必需注意的是USB傳輸信號時，commonmode阻抗値變大，在FS與LS的EOP可能會被誤判成錯誤(error)。EOP(EndOfPacket)是USB傳輸信號時表示最後的packet，在FS與LS下當D+、D■兩信號變成Low時就識別爲EOP，該EOP從Lowlevel到超過0.8V以上時，就有可能無法被識別，如果在FS與LS信號線上設置common