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差分信号与共模信号的区别
USB2.0的EMI和ESD设计(2010-05-2010:07:57)转载▼标签：it
差分信号与共模信号的区别

电压电流的变化通过导线传输时有二种形态,我们将此称做"共模"和"差模".设备的电源线,电话等的通信线,与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号.但在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线".干扰电压和电流分为两种:一种是两根导线分别做为往返线路传输;另一种是两根导线做去路,地线做返回路传输.前者叫"差模",后者叫"共模".
电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰（Common-modeInterference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰（Differential-modeInterference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

1.USB2.0的EMI和ESD设计
USB接口的传输速率很高，因此如何提高USB信号的传输质量、减小电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)成为USB设计的关键。由于USB接口具有可热插拔性，USB接口很容易因不可避免的人为因素而导致静电损坏器件，比如死机、烧板等。因此使用USB接口的用户迫切要求加入防ESD的保护器件。选用LM3526器件对USB进行ESD防护

2.对USB外壳地和信号地的处理：有2种方案：

第一种：USB外壳地和信号地之间串接1M电阻，并且还接一个0.01uf的电容到信号地，这样处理的原理和目的1.将影响外壳的噪音滤除，不影响信号地；2.迫使板子上电流是流入内部的信号地，而不是流到外壳。所以这样的处理是综合了EMI的滤波和ESD的隔离这两方面的因素。

第二种：采用原有的的方案，USB外壳地和信号地直接接上磁珠

对于这2种方案可采用兼容设计来验证

3.对于USB2.0的PCB布线，需要考虑以下原则：

1.差分线对要保持线长匹配，否则会导致时序偏移、降低信号质量以及增加EMI；

2.差分线对之间的间距要保持小于10mm，并增大它们与其它信号走线的间距；

3.差分走线要求在同一板层上，因为不同层之间的阻抗、过孔等差别会降低差模传输的效果而引入共模噪声；

4.差分信号线之间的耦合会影响信号线的外在阻抗，必须采用终端电阻实现对差分传输线的最佳匹配；

5.尽量减少过孔等会引起线路不连续的因素；

6.避免导致阻值不连续性的90度走线，可用圆弧或45度折线来代替；

参考资料：

1.http://www.ed-china.com/ART_8800009845_400004_500010_TS.HTM

2.uPD720102Datasheet

USB2.0的EMI和ESD设计

提供双向、实时数据传输的USB接口，以其即插即用、可热插拔和价格低廉等优点，目前已成为计算机和信息电子产品连接外围设备的首选接口。时下流行的USB2.0具有高达480Mbps的传输速率，并与传输速率为12Mbps的全速USB1.1和传输速率为1.5Mbps的低速USB1.0完全兼容。这使得数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机等消费类产品可以与计算机进行高速、高性能的数据传输。另外值得一提的是，USB2.0的加强版USBOTG可以实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如。数码相机可以直接与打印机连接并打印照片，PDA可以与其它品牌的PDA进行数据传输或文件交换。

USB接口的传输速率很高，因此如何提高USB信号的传输质量、减小电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)成为USB设计的关键。本文以USB2.0为例，从电路设计和PCB设计两个方面对此进行分析

当USB2.0接口采用高速差动信号传输方式时，由于接地层与电源层的信号摇摆，放射噪声会有所增加。因此，为避免串扰并保证信号的完整性，消除将要混入高速信号中的共模噪声是电磁兼容设计的必要对策。在图1所示的电路中，数据电源线和地线上分别串联一个阻抗为120欧姆、额定电流为2A的磁珠，而差分线对上则串联一个共模阻抗为90欧姆的共模扼流器。共模抗流器由两根导线同方向绕在磁芯材料上，当共模电流通过时，共模抗流器会因磁通量叠加而产生高阻抗；当差模电流通过时，共模抗流器因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。以深圳顺络电子有限公司生产的共模抗流器SDCW2012-