如何连接USB连接器屏蔽?


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如何在PCB上布线USB连接器屏蔽?应该将其连接到放置USB的GND平面,还是将屏蔽与GND隔离,或者通过ESD保护芯片,高阻电阻或保险丝将其接地?

PS。我应该将屏蔽连接放在原理图上还是直接在PCB上布线?


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我已经在商业产品中看到了这三个。:/是的,将其放在原理图中。为什么不?:)
endolith

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答案为连接电路提供了一些很好的参考。我倾向于将盾牌视为法拉第笼的延伸,并确保其尽可能紧密/敏感地连接至周围的笼(外壳)。这样,电子设备将位于设备(外壳),电缆(屏蔽)和主机(外壳)端的屏蔽层内部,没有任何间隙。这看起来明智吗?
XTL

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唯一需要关注的是接地回路。
沃拉克(Vorac)2012年

Answers:


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为了使屏蔽层有效,它要求屏蔽层接地端的阻抗尽可能低。我认为那些建议使用的电阻器,或者根本不将其接地,或者严格地讲数字逻辑地,并假设您有单独的屏蔽地。如果您使用金属外壳,则这将是您的屏蔽层。在某些时候,您的数字地必须连接到屏蔽地。出于EMI的考虑,该单点应靠近您的I / O区域。这意味着最好将USB连接器与其他I / O连接器一起放置在电路板的某一部分,并将屏蔽层放置在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,例如,多个连接点可能会有所帮助。任何状况之下,在屏蔽层与电路接地点之间,可能有人建议使用电阻器或电容器(或两者都使用),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。为什么通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?通常会采用这种策略的唯一原因是防止接地环路,但是您在谈论USB时,对于大多数USB应用程序来说,接地环路很可能不会成为问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会屏蔽您的屏蔽层,但效果不佳。您希望两者之间的低电感连接为共模噪声提供路径。为什么通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?通常会采用这种策略的唯一原因是防止接地环路,但是您在谈论USB时,对于大多数USB应用程序来说,接地环路很可能不会成为问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会屏蔽您的屏蔽层,但效果不佳。您希望两者之间的低电感连接为共模噪声提供路径。为什么通过寄生电容转移噪声(例如将其辐射到环境中)?通常会采用这种策略的唯一原因是防止接地环路,但是您在谈论USB时,对于大多数USB应用程序来说,接地环路很可能不会成为问题。当然,这样的策略可以防止接地回路,但它们也会屏蔽您的屏蔽层,但效果不佳。


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Herny Ott在他的《电磁兼容性工程》一书中对此进行了讨论。您需要从更大的角度来看它。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。您要避免将电源线/ AM / FM无线电信号耦合到您的信号中,因为这会干扰正常操作。因此,请勿在两端都连接GND。接地回路会导致小的噪声耦合到您的信号中,因此必须断开接地回路。这并不意味着您将防护罩悬空了。您应该将电缆的屏蔽层绑在外壳上,并且在需要时(例如同轴电缆),可以将电路的接地绑在同一点上。由于上述原因,您想为低频使用尽可能多的单点接地。

但是,对于高频信号,情况恰恰相反。它们通常是很高频率的数字信号。即使确实耦合了一些噪声,电子设备的数字特性以及滤波也应轻松保持正常运行。您想减少数据信号的发射,而不要保护它不受辐射。因此,最低阻抗路径应在两端均连接至屏蔽层。是的,会有接地回路,并且噪声会被耦合进去,但这并不重要。在高频情况下,首选多点接地。


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检查USB芯片制造商是否指定了应使用的规格。我敢肯定,赛普拉斯建议使用1M电阻和4.7nf的电容将屏蔽层接地。这两个屏蔽孔应以非常大的走线连接(我认为它们建议使用100密耳?)


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芯片数据表不是获取此类信息的良好来源。只是问问自己:是否使用其他制造商的芯片会不会很重要?你需要看的大局观-就像如果你打算使用一个法拉第笼式屏蔽周围的电路板等
罗尔夫奥斯特加德

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我不同意。您应该始终阅读芯片的数据表,以确定制造商的建议。如果您使用其他制造商的芯片,请阅读该制造商的数据表。但是,原则上,对于大多数项目,其屏蔽层应该相同-USB规范建议将屏蔽层牢固地连接到主机而非设备的接地端,因此赛普拉斯推荐使用AC耦合。如果您对屏蔽了解得足够多,可以在电路板上安装一个法拉第笼,那么您可能并没有在此
stackexchange

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4通过电阻将SHIELD连接至GND。这有助于隔离它并减少EMI和RFI辐射。使该电阻器靠近USB连接器。为了获得正确的值,可能需要进行一些实验。

5在与VCC平面相邻的信号层上为USB屏蔽层提供一个不大于USB接头连接器的平面。

http://www.cypress.com/?docID=4398

全速设备EMI兼容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,这要求将连接器外壳连接到接地层。重要的是要注意,接地平面在高频下的行为不像等电位表面。连接器外壳的端接至Gnd平面的位置至关重要。需要连接到接地层的最安静区域,以防止来自接地层的噪声耦合到屏蔽层。

http://www.ti.com/sc/docs/apps/msp/intrface/usb/emitest.pdf

等等

Google针对“ USB准则”


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屏蔽层不应接地。当然,它是在主机端接地的。


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如果您将屏蔽的设备端悬空,则可以确定您刚刚制作了一个巨大的天线。
ajs410

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不赞成这种效应(巨大的天线)和推理(您不能保证主板制造商不会使用相同的逻辑:“它接地在设备端,因此我们不会打扰”)
Kevin Vermeer

因此,您告诉我,仅连接到PC的6英尺长的导线不会辐射所有类型的RF EMI?
ajs410

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屏蔽应在一个地方接地,否则会形成接地回路。注意其他答案中引用的应用笔记建议通过有效电阻连接屏蔽层(正是出于这个原因)。我绝不会建议主要由于热插拔原因而使其不连接。
mazurnification

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USB使用4芯电缆,其中一根接地,因此不要通过不连接屏蔽层来避免接地环路。
bt2

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电磁干扰不是问题所在。您必须知道,每当将电缆连接到连接器时,都会产生ESD放电脉冲。这对于电子设备是危险的。因此,我永远不会将USB屏蔽直接接地。


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我基于一个设计规范的项目,要求使用一个33k电阻将USB屏蔽层连接到接地层。这是一个业余无线电项目,所以方便地将我的电路板放在敏感的EMI检测器附近!

就我而言,我必须去掉33k电阻并将USB屏蔽直接与PCB的接地层短路,以清除EMI。


有人可以参考FTDI的33k建议吗?
Pablo

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将屏蔽直接接地的危险是,如果两个设备的“接地”电位不同,并且这些电源具有明显的直流电流能力,则该连接可能会充当两个电源系统之间的保险丝。

请记住,电容器在其谐振频率处几乎是完全短路,并且通常在该频率附近以相当宽的频带传导,因此通常需要在屏蔽接地与系统接地之间放置一个电容器。

我设计了汽车数据总线通信,某些标准要求只有一个设备将屏蔽直接接地,而其余设备必须通过串联RC来实现。汽车数据总线的速度明显低于USB 2.0,但风险应相似。但是,如果没有牢固的屏蔽连接,可能很难正确维护USB 3.0。那(5至10GHz)超出了我目前的设计经验范围。


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好吧,既然看来我们还需要另一个答案,我将投票通过与USBLC6一样的ESD保护芯片将其接地。在几个项目上,它对我来说都很有效-不会因ESD明显破坏组件,也不会出现数据完整性问题。我认为,如果意法半导体(STmicroelectronics)制造这样的芯片,至少会有点可疑,并且意识到电阻器,电容器或对地短路也一样。

我不知道这次成功是因为做对的事,还是只是愚蠢的运气。鉴于答复的种类繁多,我很想说没有人这样做。

在工作中,我们将以太网插孔直接接地。AFAIK,这与当前的问题相同,即使以太网电缆不承载地面信号。它似乎有效,并且是由比我更有经验的人决定的。


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该芯片用于保护D + / D-线,而不是屏蔽层。
康纳·沃尔夫

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我使用的电阻在10K和50K之间。IIRC我在FTDI应用笔记中看到了33000的值。

我会将所有连接放在原理图上。


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对此33K值有参考吗?
Pablo

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请参阅EMI和USB,其建议将两端都接地,以防止EMI以USB数据传输所使用的频率进行传输。


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我已经设计了几块板,并且始终使用FTDI芯片(FT245R)。数据表清楚地表明屏蔽层必须连接到GND。芯片的GND是PCB的接地!


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您可以通过说出数据表中提到的位置或从中复制一个或两个段落来大大改善此答案。这是一个冗长的文档,快速浏览后,我唯一能找到的提到屏蔽的示意图就是显示它没有连接到任何地方的示意图。
PeterJ 2014年

否。不正确。-1。FT245R数据表不清表示该屏蔽不应在从机一侧进行连接。请参考数据表中的图7.1、7.2、7.3、7.4、8.1。这些图未显示屏蔽层与信号接地之间的连接。SHIELD和GND是独立的网络。文本的任何地方都没有提及屏蔽层的连接。
尼克Alexeev

此外,对于FT245R之类的产品,屏蔽连接可能不在数据手册范围内。EMI可能从一种设计/应用/情况到另一种设计/应用/情况都不同,因此屏蔽方案也可能有所不同。
尼克Alexeev
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