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技術(shù)應(yīng)用

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USB4降噪措施詳解（上）

發(fā)布時間：2022-05-30作者來源：金航標瀏覽：1860


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01

USB4的標準及普及


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)的差動接口標準，USB（Universal Serial Bus）現(xiàn)已得到廣泛普及（上圖）。隨著市場對于高速通信的大容量數(shù)據(jù)傳輸、多個差動接口標準的整合化需求的增加，USB4已在2019年9月被規(guī)定為全新標準。

今后，USB4將以電腦及其周邊設(shè)備方面為主，將得到進一步普及。


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標準可與Thunderbolt 3實現(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。

二者在信號振幅等方面雖然存在細微的差別，但其基本規(guī)格卻是相同的。

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

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※ 由于USB4標準的制定，過去的USB標準的命名也發(fā)生了相應(yīng)的變更


04

USB中可能出現(xiàn)的噪聲問題 


USB4進行通信時，需要處理以下兩種類型的噪聲問題：基板和電纜向外界輻射的、對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)錯誤操作或性能降低的內(nèi)部系統(tǒng)EMC噪聲。


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USB4進行通信時的噪聲問題：(1) 輻射噪聲：從USB4設(shè)備或電纜輻射噪聲的噪聲問題; (2) 內(nèi)部系統(tǒng)EMC(Wi-Fi接收靈敏度低下)：USB4進行通信時，因數(shù)據(jù)信號而產(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題。


由于目前市面上尚不存在可實現(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，對能夠通信的設(shè)備進行了噪聲評估。


05

USB4的降噪措施 


USB4進行通信時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易示意圖。


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06

輻射噪音的測量 


為了模擬在電腦內(nèi)部進行USB4通信時的運作狀態(tài)，我們將可以進行Thunderbolt 3、DisplayPort、Ethernet和USB通信的擴展塢連接至電腦，并從3米遠處測量了輻射噪聲等級。

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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Host設(shè)備和Device設(shè)備以外的設(shè)備及其連接電纜進行了屏蔽加工。

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