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USB4降噪措施详解(上)

发布时间:2022-05-30作者来源:金航标浏览:1095


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01

USB4的标准及普及


作为主要用于在电脑等Host设备和Device设备间传输数据的差动接口标准,USB(Universal Serial Bus)现已得到广泛普及(上图)。随着市场对于高速通信的大容量数据传输、多个差动接口标准的整合化需求的增加,USB4已在2019年9月被规定为全新标准。

今后,USB4将以电脑及其周边设备方面为主,将得到进一步普及。


02

USB和Thunderbolt的整合 


Thunderbolt 3采用了USB Type-C接口,因此也可将Thunderbolt 3的端口作为USB 3.1端口使用。USB4标准可与Thunderbolt 3实现完全兼容。USB4的大部分电气性能参数都以Thunderbolt 3为基础。


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03

Thunderbolt 3和USB4的规格及比较 


USB4拥有与Thunderbolt 3相同的最快数据传输速度。

二者在信号振幅等方面虽然存在细微的差别,但其基本规格却是相同的。

因此,和Thunderbolt 3一样,对于USB4也需要在由数据信号所引起的噪声问题和信号完整性方面采取相应措施。

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 由于USB4标准的制定,过去的USB标准的命名也发生了相应的变更


04

USB中可能出现的噪声问题 


USB4进行通信时,需要处理以下两种类型的噪声问题:基板和电缆向外界辐射的、对外界造成影响的辐射噪声;与设备内部的其他电路之间产生干扰、导致出现错误操作或性能降低的内部系统EMC噪声。


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USB4进行通信时的噪声问题:(1) 辐射噪声:从USB4设备或电缆辐射噪声的噪声问题; (2) 内部系统EMC(Wi-Fi接收灵敏度低下):USB4进行通信时,因数据信号而产生的噪声在设备内部干扰Wi-Fi天线,从而降低Wi-Fi通信灵敏度的噪声问题。


由于目前市面上尚不存在可实现USB4通信的设备(截止至2020年2月),因此,我们利用电气性能参数和USB4基本相同的Thunderbolt 3,对能够通信的设备进行了噪声评估。


05

USB4的降噪措施 


USB4进行通信时的降噪措施为以下三种:

  • 在Host设备和Device设备的差分传输线上装入共模扼流圈(CMCC)
  • 将CMCC安装在IC附近
  • 安装可防止导线辐射的CMCC

上述措施是有效降噪的关键。

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降噪措施示例

上图为可进行USB4、USB3.1 Gen2、PCI Express、DisplayPort通信的Host设备和Device设备的组合中,共模扼流圈安装位置的简易示意图。



村田推荐


村田推荐的共模扼流圈:尺寸为0.65×0.50×0.30mm、公差为±0.05mm的小巧轻薄型共模扼流圈可以在不影响高速差动传输线信号波形的前提下实现降噪。


村田推荐的共模扼流圈

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06

辐射噪音的测量 


为了模拟在电脑内部进行USB4通信时的运作状态,我们将可以进行Thunderbolt 3、DisplayPort、Ethernet和USB通信的扩展坞连接至电脑,并从3米远处测量了辐射噪声等级。

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为了排除Host设备和Device设备以外的噪声,我们对Host设备和Device设备以外的设备及其连接电缆进行了屏蔽加工。

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