CN201590757U - 一种usb供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB供电电路，涉及电子技术领域，用以解决家庭网关类产品在接入USB数据卡时，数据卡射频功放电路部分引入的高频噪声通过USB电源传导到单板引起单板低压高速信号干扰的问题。包括：依次串联的电源、限流器件和第一电容C1；与第一电容C1并联的LC谐振滤波电路；该LC谐振滤波电路接地。本实用新型可以有效地降低高频噪声对单板上低压高速信号的干扰，明显降低了数据传输的误码率，提高了单板的抗干扰性。

Description

一种USB供电电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别是涉及一种USB供电电路。

背景技术

随着数据卡市场的不断扩大，支持各种制式(2G/3G/3.5G)的数据卡层出不穷。数据卡设计的初衷都是接在PC或Notebook上实现无线数据/语音接入，但是随着数据卡技术的不断成熟，世界各地的运营商逐渐要求传统的家庭网关产品也可以支持数据卡作为家庭宽带的备份接入方式。目前最通用的数据卡就是USB接口的数据卡，而传统的家庭网关产品本身一般都支持USB 2.0 Host接口，因此USB形式接入是最直接有效的实现方法。

由于数据卡电路里包含大功率射频功放电路，例如GSM制式标准要求发射功率达到33dbm，并且在搜索和注册网络时发射功率更大。另外，由于现在市场上的USB数据卡设计生产厂商实力参差不齐，数据卡的射频功放电路部分设计不好很容易使高频噪声通过USB供电电路传导到家庭网关内部电路上，经测试，GSM制式的数据卡的900Mhz的高频噪声通过USB供电电路引入到单板上的噪声可以达到-5dbm，有的甚至可以达到更高(不同的工作频率引入的干扰频率不同)。高频噪声会使单板上的高速低压信号(例如USB2.0信号等)受到干扰产生传输误码，降低传输速率，严重时会发生传输错误导致单板故障。

实用新型内容

本实用新型提供一种USB供电电路，用以解决家庭网关类产品在接入USB数据卡时，数据卡射频功放电路部分引入的高频噪声通过USB电源传导到单板引起单板低压高速信号干扰的问题。

本实用新型包括：依次串联的电源、限流器件和第一电容C1；与第一电容C1并联的LC谐振滤波电路；该LC谐振滤波电路接地。

本实用新型有益效果如下：

对于不同工作频率的数据卡，在USB供电电路上增加LC谐振滤波电路，使谐振频率的高频噪声通过LC谐振滤波电路泻放到单板地平面，从而可以有效地抑制高频噪声通过电源电路引入到家庭网关单板内部造成干扰。因此，通过本电路设计，可以有效地降低高频噪声对单板上低压高速信号的干扰，明显降低了数据传输的误码率，提高了单板的抗干扰性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的电路框图；

图2为本实用新型实施例中的LC串联谐振电路原理图；

图3为本实用新型实施例中通过矢量网络分析仪测试的LC谐振电路谐振频率效果图；

图4为现有USB供电电路部分高频噪声(以GSM900为例)测试效果图；

图5为本实用新型实施例中的USB供电电路部分高频噪声抑制效果图。

具体实施方式

传统的家庭网关USB Host供电电路为USB限流开关并联100uF电容或PTC保险丝并联100uF电容的方案，有的产品也会加一些磁珠，对于U盘，移动硬盘，打印机等外设不存在问题。但是对于数据卡，上述方案无法滤除高频干扰噪声，尤其是数据卡上大功率射频开关电路通过USB电源引入的高频干扰。

为了解决家庭网关类产品在接入USB数据卡时，数据卡射频功放电路部分引入的高频噪声通过USB电源传导到单板引起单板低压高速信号干扰的问题，本实用新型的主要思路是在传统的USB供电电路的基础上，针对数据卡的射频工作频率采取合理滤波电路，使高频传导噪声的能量大部分通过滤波电路泻放到地平面上，从而对单板的干扰降到最小，提高了单板的抗干扰能力。

具体参见图1所示为包含LC谐振滤波电路的USB接口电路设计图。从图1中可以看出，USB供电电路部分包括：依次串联的电源、限流器件和第一电容C1，与第一电容C1并联的LC谐振滤波电路，并且LC谐振滤波电路接地。与传统的USB Host接口电路相比，本实用新型增加了LC谐振滤波电路(由电感L和第二电容C2串联组成)。通常LC串联谐振电路用于信号的选频电路，滤波器的设计，而对电源部分没有使用过。针对在数据卡应用环境下引入的高频噪声，通过调节合理的LC谐振参数，使LC串联谐振电路对于噪声频率呈谐振状态，高频噪声可以通过LC串联谐振电路过滤到地平面，另外通过LC串联谐振电路位置的合理放置，可以使干扰噪声的绝大部分能量在USB接口处直接传导到单板地平面，从而使对单板信号和电源上的干扰降到最低，提高了单板稳定性。

参见图2是LC串联谐振电路的原理图，包括：损耗电阻R、电感L、第二电容C2和交流电源Us组成的闭合回路。

电路的交流阻抗为：

$Z=R+j(\mathrm{\ωL}-\frac{1}{\mathrm{\ωC}})$

其中，C为第二电容C2，ω为谐振角频率；

当电路发生谐振时，

$\mathrm{\ωL}=\frac{1}{\mathrm{\ωC}}$

此时把ω换算成频率F，可以得出LC串联谐振电路的谐振频率为

$F=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

以GSM900Mhz数据卡为例，其他工作频段和制式均可以参考设计。以900MHz作为LC谐振滤波电路的给定谐振频率，通过上述公式我们计算出合适的电感L和电容C值。进一步，考虑到单板PCB上的分布电感和分布电容的影响，上述的计算值仅能作为器件选取的参考，实际的器件参数我们可以通过矢量网络分析仪测试LC谐振滤波电路的传输特性来选取合适的值。图3为矢量网络分析仪上测试的LC谐振滤波电路S21参数指标，具体选取L，C参数的标准为使电路在900Mhz附近信号衰减达到最大，从而达到有效滤除高频干扰的目的。

综上，本实用新型可以有效地降低高频噪声对单板上低压高速信号的干扰，明显降低了数据传输的误码率，提高了单板的抗干扰性。

具体可参见图4为频谱仪测试的没有采用本实用新型电路的家庭网关单板接USB数据卡时的USB Host电源上的干扰情况，从图4中可以看出在USB的电源上有很强的GSM900MHz的工作频段噪声(约为-7dBm)，而噪声会通过USB电源影响到单板的低压高速信号，尤其是靠近USB电源附近的信号，例如USB2.0信号，使USB传输出现误码率增加、超时故障，严重时会出现传输错误，导致无法识别设备。

参见图5为频谱仪测试的采用本实用新型电路的家庭网关单板接USB数据卡时的USB Host电源上的干扰情况，从图5中可以看出相比没有增加本实用新型的电路，USB的电源上的GSM频段干扰噪声有很明显的抑制作用(约为-19dBm)，实际测试USB2.0的传输稳定，误码率降低，单板的抗干扰性/可靠性得到明显提高。

显然，本实用新型不仅可以用于家庭网关类产品，也可用于其他接USB数据卡的设备的USB Host电源电路的应用。本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种USB供电电路，其特征在于，包括：

依次串联的电源、限流器件和第一电容(C1)；

与第一电容(C1)并联的LC谐振滤波电路；

所述LC谐振滤波电路接地。

2.如权利要求1所述的USB供电电路，其特征在于，所述LC谐振滤波电路由电感(L)和第二电容(C2)串联组成。

3.如权利要求1或2所述的USB供电电路，其特征在于，所述LC谐振滤波电路的原理电路包括：损耗电阻(R)、电感(L)、第二电容(C2)和交流电源(Us)组成的闭合回路。

4.如权利要求3所述的USB供电电路，其特征在于，在给定谐振频率时，电感(L)和第二电容(C2)通过下述公式确定：

$F=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

其中，F为给定的LC谐振滤波电路的谐振频率；L为电感(L)；C为第二电容(C2)。

5.如权利要求1或2所述的USB供电电路，其特征在于，所述限流器件为USB限流开关或PTC保险丝。

6.如权利要求1或2所述的USB供电电路，其特征在于，第一电容(C1)为100uF。

7.如权利要求3所述的USB供电电路，其特征在于，所述限流器件为USB限流开关或PTC保险丝。

8.如权利要求3所述的USB供电电路，其特征在于，第一电容(C1)为100uF。

9.如权利要求4所述的USB供电电路，其特征在于，所述限流器件为USB限流开关或PTC保险丝。

10.如权利要求4所述的USB供电电路，其特征在于，第一电容(C1)为100uF。

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