Murata Suppression du bruit pour USB 3.1

Situation du bruit pour les dispositifs USB 3.1

Quelle est la situation du bruit de rayonnement pour les dispositifs USB 3.1 ?

La situation de bruit de l'USB 3.1 Gen 1 est considérée comme similaire à celle de l'USB 3.0, de sorte qu'un PC USB 3.0 et un disque dur externe ont été connectés et le bruit rayonné a été observé (Figure 1, ci-dessous).

Des câbles de connexion de type A-type B et de type C-type C ont été utilisés. Les deux avaient des niveaux de bruit conformes aux valeurs réglementaires pour le bruit de rayonnement indésirable, ce qui ne posait pas de problème.

Compte tenu de ces résultats, Murata a voulu savoir si la suppression du bruit était même nécessaire pour les dispositifs USB 3.1. En fait, la suppression du bruit est nécessaire pour une raison différente de la réglementation du bruit pour les rayonnements indésirables.

Bruit de rayonnement de fonction USB 3.0

Problèmes de bruit dans les dispositifs USB 3.1

De plus en plus, les appareils numériques comprennent des fonctions de communication, comme un smartphone. Les smartphones contiennent divers circuits numériques intégrés dans un cadre compact, et ces circuits produisent un bruit numérique.

Lorsque ce bruit pénètre dans l'antenne du smartphone, il se mélange avec les ondes radio de la station de base, ce qui réduit la sensibilité de réception. Généralement, des contre-mesures suffisantes sont prises pour empêcher le bruit de pénétrer dans l'antenne directement depuis les cartes numériques. Mais lorsqu'un câble d'interface USB ou autre est connecté à un smartphone, ce câble devient une source de rayonnement, de sorte que le bruit entrant dans l'antenne augmente et que la sensibilité de la réception diminue.

Comparaison du bruit

La figure 2 (ci-dessous) montre le bruit entrant dans l'antenne du bloc de réception LTE mesurée dans un environnement de mesure simple.Cela montre que lorsqu'un câble USB est connecté, le niveau de bruit augmente d'environ 20 dB.

Suppression du bruit pour les dispositifs USB 3.1

Une méthode efficace de suppression du bruit pour les dispositifs USB 3.1 consiste à appliquer des filtres de bruit au connecteur. Mais les signaux différentiels à haut débit circulent dans la ligne de signal, et il faut veiller à ce que les filtres utilisés n'affectent pas négativement la qualité du signal.

Les filtres de bruit en mode commun sont un type de filtre de bruit qui n'a pratiquement aucun impact sur les signaux différentiels et qui peut supprimer efficacement le bruit en mode commun, principale cause de bruit de rayonnement. Par conséquent, les filtres de bruit en mode commun Murata pour USB 3.1 sont insérés dans les paires de lignes de signal différentiel (Figure 3, ci-dessous).

L'utilisation de filtres de bruit en mode commun permet de réduire le niveau de bruit entrant dans l'antenne jusqu'à 10 dB (Figure 4, ci-dessous).

Emplacements d'insertion du filtre de bruit en mode commun

Effets de réduction du bruit des filtres de bruit en mode commun

Contre-mesure supplémentaire - Amélioration de la masse (GND)

Des contre-mesures autres que l'utilisation de filtres anti-bruit ont également été prises pour améliorer encore les niveaux de bruit. Les câbles USB effectuent une transmission différentielle des signaux à l'aide d'une structure à paires torsadées qui n'émet pas facilement du bruit.

Mais le bruit entrant dans le blindage du câble peut être rayonné par le blindage, la masse (GND) a donc été améliorée comme contre-mesure.

Dans le dispositif mesuré, le connecteur USB et la carte étaient à l'origine connectés à l'aide d'une seule vis et de plusieurs joints flexibles.

Le cadre du connecteur USB et la masse (GND) de la carte du smartphone ont été connectés à l'aide d'un ruban en feuille de cuivre, créant une connexion solide et réduisant l'impédance (Figure 5, ci-dessous).

L'amélioration de la masse (GND) a réduit le niveau de bruit d'environ 6 dB à 8 dB.

Effet de l'amélioration de la masse (GND)

Contre-mesure supplémentaire - Remplacement du câble

Différents câbles USB peuvent avoir différents niveaux de bruit rayonné.

Le câble USB fourni à l'origine avec l'appareil a été remplacé par un autre câble USB disponible dans le commerce. La Figure 6 (ci-dessous) montre les résultats. Dans ce cas, le câble fourni avait un niveau de bruit inférieur, avec une différence pouvant atteindre environ 10 dB. Cela révèle qu'il est important de sélectionner un câble approprié pour la suppression du bruit.

La différence de niveau de bruit due au câble

Résumé

Les diverses contre-mesures ont réduit le bruit entrant dans l'antenne jusqu'à 20 dB. Cela a également amélioré la sensibilité de réception LTE d'environ 8 dB, en fonction de la bande (Figure 7 ci-dessous).

Cela a amélioré le niveau de réception lorsqu'un câble USB était connecté, résultant en un périphérique USB qui ne réduit pas la portée de service.

Contenu de la contre-mesure :
     •  Insertion de filtres de bruit en mode commun
        •  Amélioration de la masse (GND)
        •Sélection d'un câble USB approprié

Résumé des résultats des contre-mesures

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