USB3.1的静噪对策

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    前 言

    初，USB是作为连接计算机和外围设备的数字接口而开发的，现在被广泛用作包括移动设备和物联网的通用接口。

    初的传输速度为12 Mbps的USB 2.0现在已经变成480 Mbps，而的USB 3.1 gen 1的速度为5 Gbps。同时，Type-C连接器也提高了可用性和电源容量，也为连接器设置了便捷的形状，使其更易于使用。

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    USB3.1设备的噪声状况

    USB3.1设备的辐射噪声是怎样的呢？

    图1，看似跟USB3.1 gen1相似的噪声状况，我们将USB 3.0 的PC连接到外部HDD，并观察到它产生的噪声。

    图1 USB3.0功能的辐射噪声

    虽然这里使用TypeA-TypeB和TypeC-TypeC作为连接电缆，但两种噪声水平都低于不必要的辐射噪声的调节值，并且没有出现问题。

    那么，是否有必要对USB 3.1设备采取静噪对策？实际上，针对不必要的辐射等噪声调节以外，还有其它的必须要采取静噪对策的理由！

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    USB3.1 设备的噪声问题

    现在，电子设备内置的通信功能在增加。代表性的例如智能手机。

    由于在智能手机这样狭窄的空间中内置了各种数字电路，这些电路中会发生数字噪声。

    当此噪声进入智能手机的天线时，混杂着来自基站的无线电波的噪声，使接收灵敏度降低（图2）。

   进入天线的噪声会有相应的对策，但是由于智能手机中连接了USB等接口电缆，该电缆成为了放射源，导致进入天线的噪声增加从而使接收灵敏度降低。

    是在简易的测试环境下测试出的进入LTE接收器部分天线的噪声。

    通过连接USB电缆，导致噪声水平增加了将近20dB。

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    USB3.1 设备的静噪对策

    USB3.1 设备的静噪对策中连接部分使用静噪滤波器会很有效。

    但是，由于高速差分信号在信号线中流动，因此在使用滤波器时必须要注意，以免损害该信号质量。

    共模噪声滤波器作为静噪滤波器的一种，可以有效地消除共模噪声，这是辐射噪声的主要原因，对差分信号几乎没有影响。将本公司的USB 3.1用共模噪声滤波器插入差分信号线。

    使用共模噪声滤波器的结果如图5所示，进入天线的噪声改善10dB。

    有关USB3.1Gen1推荐的共模噪声滤波器，请参考以下产品链接。

    荐

    村田推荐

    USB3.1Gen1推荐共模噪声滤波器

    NFG0QHB372HS2

    NFG0QHB542HS2

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    追加对策一：地平面强化

    为了进一步改善，我们还采取了静噪滤波器以外的对策。

    在USB线中，由于信号在差分传输中是双绞线，因此它原本是一种难以辐射噪声的结构。

    但是，如果电缆屏蔽部分有噪声，可能会从这里发射噪声。因此我们采取了地平面强化的对策。

    在该设备中，初USB连接器和基板通过一个螺钉和多个手指垫圈连接。

    为了使USB连接器框架与智能手机主板接地之间的阻抗较低，将它们与铜箔胶带连接牢固地连接。即效果。

    通过进行地平面强化可将噪声水平降低6~8dB的程度。

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    追加对策二：换线

    USB线的差异也会引起放射噪声水平的变化。

    将设备中初的USB线换成市售的另一种USB线。

    此时，用原先的线时噪声较低，的差为10dB左右。因此可见选择适合的线也对噪声对策十分关键。

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    总 结

    通过这些对策，如图8所示，天线中进入的噪声可降低20dB，LTE的接收灵敏度取决于频带，改善了8dB

    对策内容包括：

    插入共模噪声滤波器

    地平面强化

    选择适合的USB线

    我们在这里介绍了针对USB 3.1 gen 1噪声对策的噪声对策示例，但除此之外，我们还介绍了适用于高速差分接口噪声对策的共模噪声滤波器/共模扼流线圈。