Murata Soppressione del rumore per USB 3.1

Situazione del rumore del dispositivo USB 3.1

Qual è la situazione del rumore da radiazioni per i dispositivi USB 3.1?

Si ritiene che la situazione di rumore USB 3.1 Gen 1 sia simile a quella dell'USB 3.0, quindi sono stati collegati un PC USB 3.0 e un HDD esterno e si è osservato il rumore irradiato (figura 1, sotto).

Sono stati utilizzati cavi di connessione di tipo A-Tipo B e Tipo C-tipo C. Entrambi i livelli di rumore rientravano nei valori regolamentari per il rumore indesiderato da radiazioni, quindi non si è trattato di un problema.

Alla luce di questi risultati, Murata voleva sapere se la soppressione del rumore è necessaria anche per i dispositivi USB 3.1. In realtà, la soppressione del rumore è necessaria per una ragione diversa dalle normative sul rumore per le radiazioni indesiderate.

Rumore di radiazione funzionale USB 3.0

Problemi di rumore nei dispositivi USB 3.1

Sempre più dispositivi digitali includono funzioni di comunicazione, come uno smartphone. Gli smartphone contengono vari circuiti digitali integrati in un piccolo telaio e questi circuiti producono rumore digitale.

Quando questo rumore entra nell'antenna dello smartphone, si mescola con le onde radio della stazione base, con conseguente minore sensibilità di ricezione. In genere, vengono adottate contromisure sufficienti per evitare che il rumore entri direttamente nell'antenna dalle schede digitali. Ma quando un cavo USB o un altro cavo di interfaccia è collegato a uno smartphone, tale cavo diventa una fonte di radiazioni, quindi il rumore che entra nell'antenna aumenta e la sensibilità di ricezione scende.

Confronto del rumore

La figura 2 (sotto) mostra il rumore che entra nell'antenna del blocco di ricezione LTE misurato in un ambiente di misurazione semplice. Questo mostra che quando un cavo USB è collegato, il livello di rumore aumenta di circa 20 dB.

Soppressione del rumore per dispositivi USB 3.1

Un metodo efficace di soppressione del rumore per i dispositivi USB 3.1 consiste nell'applicare filtri del rumore al connettore. Ma i segnali differenziali ad alta velocità scorrono nelle linee di segnale e occorre prestare attenzione affinché i filtri utilizzati non influiscano negativamente sulla qualità del segnale.

I filtri antirumore di modo comune sono un tipo di filtro acustico che non ha quasi alcun impatto sui segnali differenziali e può efficacemente eliminare il rumore di modo comune che è la causa principale del rumore da radiazione. Pertanto, i filtri antirumore di modo comune Murata per USB 3.1 sono inseriti nelle coppie di linea a segnale differenziale (Figura 3, sotto).

L'uso di filtri antirumore di modo comune consente la riduzione del livello di rumore che entra nell'antenna fino a 10 dB (figura 4, sotto).

Posizioni di inserzione filtro antirumore in modalità comune

Effetti di riduzione del rumore dei filtri di modo comune

Contromisura aggiuntiva - miglioramento GND

Sono state inoltre adottate contromisure diverse dall'uso di filtri antirumore per migliorare ulteriormente i livelli di rumore. I cavi USB eseguono la trasmissione differenziale dei segnali utilizzando una struttura a coppia intrecciata che non irradia facilmente il rumore.

Ma il rumore che entra nella schermatura del cavo può essere irradiato dalla schermatura, quindi il GND è stato migliorato come contromisura.

Nel dispositivo misurato, il connettore USB e la scheda sono stati originariamente collegati utilizzando una singola vite e più guarnizioni per le dita.

Il telaio del connettore USB e la scheda per smartphone GND sono stati collegati usando un nastro laminato in rame, creando una forte connessione e riducendo l'impedenza (Figura 5, sotto).

Il miglioramento del GND ha ridotto il livello di rumore di circa 6 dB a 8 dB.

Effetto del miglioramento GND

Contromisura aggiuntiva - Sostituzione del cavo

Diversi cavi USB possono avere diversi livelli di rumore irradiato.

Il cavo USB originariamente fornito con il dispositivo è stato cambiato in un altro cavo USB disponibile in commercio. La Figura 6 (sotto) mostra i risultati. In questo caso, il cavo fornito aveva un livello di rumore inferiore, con una differenza fino a circa 10 dB. Ciò rivela che è importante selezionare un cavo adatto per la soppressione del rumore.

La differenza di livello di rumore dovuta al cavo

Riepilogo

Le varie contromisure hanno ridotto il rumore che entra nell'antenna fino a 20 dB. Inoltre, potenziano la sensibilità di ricezione dell'LTE di circa 8 dB, a seconda della banda (Figura 7, sotto).

Ciò ha migliorato il livello di ricezione quando è stato collegato un cavo USB, creando un dispositivo USB che non riduce la gamma di servizi.

Contenuto della contromisura:
        •  Inserisce filtri antirumore di modo comune
        •  Migliorare la GND
        •  Seleziona un cavo USB appropriato

Riepilogo dei risultati della contromisura

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