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技術(shù)應(yīng)用

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技術(shù)應(yīng)用
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USB4降噪措施詳解(上)

發(fā)布時(shí)間:2022-05-30作者來(lái)源:金航標(biāo)瀏覽:2792


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01

USB4的標(biāo)準(zhǔn)及普及


作為主要用于在電腦等Host設(shè)備和Device設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的差動(dòng)接口標(biāo)準(zhǔn),USB(Universal Serial Bus)現(xiàn)已得到廣泛普及(上圖)。隨著市場(chǎng)對(duì)于高速通信的大容量數(shù)據(jù)傳輸、多個(gè)差動(dòng)接口標(biāo)準(zhǔn)的整合化需求的增加,USB4已在2019年9月被規(guī)定為全新標(biāo)準(zhǔn)。

今后,USB4將以電腦及其周邊設(shè)備方面為主,將得到進(jìn)一步普及。


02

USB和Thunderbolt的整合 


Thunderbolt 3采用了USB Type-C接口,因此也可將Thunderbolt 3的端口作為USB 3.1端口使用。USB4標(biāo)準(zhǔn)可與Thunderbolt 3實(shí)現(xiàn)完全兼容。USB4的大部分電氣性能參數(shù)都以Thunderbolt 3為基礎(chǔ)。


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03

Thunderbolt 3和USB4的規(guī)格及比較 


USB4擁有與Thunderbolt 3相同的最快數(shù)據(jù)傳輸速度。

二者在信號(hào)振幅等方面雖然存在細(xì)微的差別,但其基本規(guī)格卻是相同的。

因此,和Thunderbolt 3一樣,對(duì)于USB4也需要在由數(shù)據(jù)信號(hào)所引起的噪聲問(wèn)題和信號(hào)完整性方面采取相應(yīng)措施。

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 由于USB4標(biāo)準(zhǔn)的制定,過(guò)去的USB標(biāo)準(zhǔn)的命名也發(fā)生了相應(yīng)的變更


04

USB中可能出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題 


USB4進(jìn)行通信時(shí),需要處理以下兩種類型的噪聲問(wèn)題:基板和電纜向外界輻射的、對(duì)外界造成影響的輻射噪聲;與設(shè)備內(nèi)部的其他電路之間產(chǎn)生干擾、導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤操作或性能降低的內(nèi)部系統(tǒng)EMC噪聲。


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USB4進(jìn)行通信時(shí)的噪聲問(wèn)題:(1) 輻射噪聲:從USB4設(shè)備或電纜輻射噪聲的噪聲問(wèn)題; (2) 內(nèi)部系統(tǒng)EMC(Wi-Fi接收靈敏度低下):USB4進(jìn)行通信時(shí),因數(shù)據(jù)信號(hào)而產(chǎn)生的噪聲在設(shè)備內(nèi)部干擾Wi-Fi天線,從而降低Wi-Fi通信靈敏度的噪聲問(wèn)題。


由于目前市面上尚不存在可實(shí)現(xiàn)USB4通信的設(shè)備(截止至2020年2月),因此,我們利用電氣性能參數(shù)和USB4基本相同的Thunderbolt 3,對(duì)能夠通信的設(shè)備進(jìn)行了噪聲評(píng)估。


05

USB4的降噪措施 


USB4進(jìn)行通信時(shí)的降噪措施為以下三種:

  • 在Host設(shè)備和Device設(shè)備的差分傳輸線上裝入共模扼流圈(CMCC)
  • 將CMCC安裝在IC附近
  • 安裝可防止導(dǎo)線輻射的CMCC

上述措施是有效降噪的關(guān)鍵。

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降噪措施示例

上圖為可進(jìn)行USB4、USB3.1 Gen2、PCI Express、DisplayPort通信的Host設(shè)備和Device設(shè)備的組合中,共模扼流圈安裝位置的簡(jiǎn)易示意圖。



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村田推薦的共模扼流圈:尺寸為0.65×0.50×0.30mm、公差為±0.05mm的小巧輕薄型共模扼流圈可以在不影響高速差動(dòng)傳輸線信號(hào)波形的前提下實(shí)現(xiàn)降噪。


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06

輻射噪音的測(cè)量 


為了模擬在電腦內(nèi)部進(jìn)行USB4通信時(shí)的運(yùn)作狀態(tài),我們將可以進(jìn)行Thunderbolt 3、DisplayPort、Ethernet和USB通信的擴(kuò)展塢連接至電腦,并從3米遠(yuǎn)處測(cè)量了輻射噪聲等級(jí)。

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為了排除Host設(shè)備和Device設(shè)備以外的噪聲,我們對(duì)Host設(shè)備和Device設(shè)備以外的設(shè)備及其連接電纜進(jìn)行了屏蔽加工。

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