Bei USB 3.1-Anwendungen müssen unerwünschte Signale gedämpft werden; Gleichzeitig sind hohe Geschwindigkeit und Integrität der Datenübertragung wichtige Eigenschaften von USB 3.1. Dies stellt Herausforderungen an die EMI-Kompatibilität.

Kommerzielle und industrielle USB-Anwendungen haben die Entwicklung des Standards beschleunigt. USB 3.1 erhöht die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf bis zu 5 Gbit/s (Gen. 1) bzw. 10 Gbit/s (Gen. 2). Diese Erhöhung hat Auswirkungen auf die Übertragungseigenschaften der Leitungen. Die USB-Schnittstelle ist eine bidirektionale, symmetrische Schnittstelle. Sowohl Gegentakt- als auch Gleichtaktstörspannungen können die USB-Übertragungsstrecke beeinflussen: VDM-Störspannung (Voltage Differential Mode) zwischen den Signalleitungen und VCM-Störspannung (Voltage Common Mode) zwischen Spannungsmittelpunkt und Referenzspannung (Masse, Kabel .) Schirm) können beide gemessen werden. Dies kann eine Störung durch die Schnittstelle selbst sein oder eine elektromagnetische Einwirkung aus der Umgebung in Form von induktiver, kapazitiver oder Wellenkopplung.

Bei der USB-Übertragung wird die Gegentaktstörung hauptsächlich durch nichtlineare Signaloberwellen aufgrund von Impedanzfehlanpassungen und unzureichendem Schaltungsdesign erzeugt. Unsymmetrien der Übertragungsstrecke (zB Sender, Leiterbahnen, Filter oder Kabel) können zu Störungen und Beeinträchtigungen der Signalqualität führen.

Gleichtaktstörungen werden durch parasitäre Kopplung in der Schaltungsumgebung des USB-Controllers verursacht. Dies liegt meist an der kapazitiven Kopplung des USB-Signals mit zunehmender Störfrequenz und zunehmender Amplitude. Allerdings sind derartige Störungen auf beiden USB-Leitungen gleichphasig und mit gleicher Amplitude vorhanden und somit die Auswirkung auf das Nutzsignal reduziert. Unsymmetrien im Kabel oder am Empfänger wandeln jedoch oft den ursprünglichen Gleichtakt in ein Gegentaktstörsignal um, was dann zur Beeinträchtigung des Signals beitragen kann.

Eine wichtige Voraussetzung ist, dass der USB kleiner, dünner und leichter wird. Der USB-Typ-C-Anschluss wurde parallel zum USB-3.1-Standard (SuperSpeed+, USB 3.1 Gen 2) entwickelt und in den aktualisierten USB-3.0-Standard (jetzt USB 3.1 Gen 1) eingearbeitet. Der Anschluss hat nun 24 Pins: die vier Power/Masse-Paare, zwei differentielle Paare (nicht SuperSpeed+) und vier SuperSpeed+-Paare (zwei für USB 3.1). USB Typ C unterstützt durch die Verwendung der beiden zusätzlichen Kabelpaare Datenraten von bis zu 10 Gbit/s und kann mindestens 3 A, maximal bis zu 5 A tragen. Um die Signalintegrität bei diesen Geschwindigkeiten zu erhalten, ist die Kapazität von ESD-Komponenten muss noch niedriger sein als bei USB 2.0, während Gleichtaktdrosseln auch bei höheren Frequenzen eine Impedanz gegenüber Gleichtaktrauschen darstellen müssen.

Filterstruktur für 60-W-Anwendungen

Im Folgenden wird eine 60 W Filtervariante basierend auf einem Dongle (Abb. 1) betrachtet; Dieser Dongle sollte für die meisten Anwendungen und Kabelverbindungen geeignet sein. Als Filtertopologie wurde ein π-Filter gewählt, da es eine hohe Einfügedämpfung aufweist, da sowohl die Quelle als auch die Senke im Netzteil niederohmig sind. Dies führt zu einer optimalen Fehlanpassung und damit zu einer maximalen Unterdrückung. Ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von etwa 1/10 der Datenrate (5 oder 10 Gbit/s) kann verwendet werden, um hochfrequente Störeinkopplungen auf die Stromleitung zu dämpfen.

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