USB3.1設(shè)備的輻射噪聲是怎樣的？

最初，USB是作為連接計算機和外圍設(shè)備的數(shù)字接口而開發(fā)的，現(xiàn)在被廣泛用作包括移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的通用接口。

最初的傳輸速度最大為12 Mbps的USB 2.0現(xiàn)在最大已經(jīng)變成480 Mbps，而最新的USB 3.1 gen 1的最大速度為5 Gbps。 同時，Type-C連接器也提高了可用性和電源容量，也為連接器設(shè)置了便捷的形狀，使其更易于使用。

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USB3.1設(shè)備的噪聲狀況

USB3.1設(shè)備的輻射噪聲是怎樣的？

看似跟USB3.1 gen1相似的噪聲狀況，將USB 3.0 的PC連接到外部HDD，并觀察到它產(chǎn)生的噪聲。 （圖1）

雖然這里使用TypeA-TypeB和TypeC-TypeC作為連接電纜，但兩種噪聲水平都低于不必要的輻射噪聲的調(diào)節(jié)值，并且沒有出現(xiàn)問題。

圖1 USB3.0功能的輻射噪聲

那么是否有必要對USB 3.1設(shè)備采取靜噪對策？

實際上，針對不必要的輻射等噪聲調(diào)節(jié)以外，還有其他的必須要采取靜噪對策的理由。

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USB3.1 設(shè)備的噪聲問題

最近由于電子設(shè)備內(nèi)置的通信功能在增加。

代表性的例如智能手機。由于在智能手機這樣狹窄的空間中內(nèi)置了各種數(shù)字電路，這些電路中會發(fā)生數(shù)字噪聲。

當(dāng)此噪聲進入智能手機的天線時，混雜著來自基站的無線電波的噪聲，使接收靈敏度降低。

通常，對于從數(shù)字基板直接進入天線的噪聲會有相應(yīng)的對策，但是由于智能手機中連接了USB等接口電纜，該電纜成為了放射源，導(dǎo)致進入天線的噪聲增加從而使接收靈敏度降低。

圖2 連接USB電纜通話

圖3是在簡易的測試環(huán)境下測試出的進入LTE接收器部分天線的噪聲。

通過連接USB電纜，導(dǎo)致噪聲水平增加了將近20dB。

圖3 連接USB電纜前后進入天線的噪聲的對比

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USB3.1 設(shè)備的靜噪對策

USB3.1 設(shè)備的靜噪對策中連接部分使用靜噪濾波器會很有效。

但是，由于高速差分信號在信號線中流動，因此在使用濾波器時必須要注意，以免損害該信號質(zhì)量。

共模噪聲濾波器作為靜噪濾波器的一種，可以有效地消除共模噪聲，這是輻射噪聲的主要原因，對差分信號幾乎沒有影響。 將本公司的USB 3.1用共模噪聲濾波器插入差分信號線。（圖4）

圖4 為共模噪聲濾波器插入的地方

使用共模噪聲濾波器的結(jié)果如圖5所示，進入天線的最大噪聲改善10dB。

圖5 通過共模噪聲濾波器來降低噪聲的效果

有關(guān)USB3.1Gen1推薦的共模噪聲濾波器，請參考以下鏈接。

USB3.1Gen1推薦的共模噪聲濾波器1.NFP0QHB372HS22.NFP0QHB542HS2

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追加對策① 地平面強化

為了進一步改善，我們還采取了靜噪濾波器以外的對策。

在USB線中，由于信號在差分傳輸中是雙絞線，因此它原本是一種難以輻射噪聲的結(jié)構(gòu)。

但是，如果電纜屏蔽部分有噪聲，可能會從這里發(fā)射噪聲。 因此我們采取了地平面強化的對策。

在該設(shè)備中，最初USB連接器和基板通過一個螺釘和多個手指墊圈連接。

為了使USB連接器框架與智能手機主板接地之間的阻抗較低，將它們與銅箔膠帶連接牢固地連接。 圖6即效果。

圖6 地平面強化的效果

通過進行地平面強化可將噪聲水平降低6~8dB的程度。

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追加對策② 換線

USB線的差異也會引起放射噪聲水平的變化。

將設(shè)備中最初的USB線換成市售的另一種USB線。

圖7為結(jié)果。此時，用原先的線時噪聲較低，最大的差為10dB左右。因此可見選擇適合的線也對噪聲對策十分關(guān)鍵。

圖7 為不同的線體現(xiàn)的噪聲水平差異

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總結(jié)

通過這些對策，如圖8所示，天線中進入的噪聲最大可降低20dB，LTE的接收靈敏度取決于頻帶，改善了8dB。

因此，通過連接USB線改善接收水平，是USB設(shè)備很難超出范圍。

對策內(nèi)容

插入共模噪聲濾波器

地平面強化

選擇適合的USB線

圖8 為對策結(jié)果總結(jié)

這次，我們介紹了針對USB 3.1 gen 1噪聲對策的噪聲對策示例，但除此之外，我們還介紹了適用于高速差分接口噪聲對策的共模噪聲濾波器/共模扼流線圈。 請參考下面的選擇表。

信號線用共模扼流線圈選擇表（一般等級用）（點擊“閱讀原文”查看更多信息）