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應用環(huán)境與客戶需求

USB-C的問世不僅顯著提升了USB裝置的普及率和功能性,也連帶對裝置設計提高了要求。除了傳統(tǒng)的即插即用特性和透過Windows OS提供的通用驅動程序外,USB-C還支持15W的供電與USB Power Delivery (USB PD)技術,進一步擴展了USB裝置的應用范圍,但這些增強的功能也引入了一些設計挑戰(zhàn),尤其在射頻干擾(RFI)的管理方面。

USB-C的應用環(huán)境和需求

1.擴展功能和普及

USB-C的普及,主因能夠提供更高的供電能力和數(shù)據(jù)傳輸速度。15W的供電能力使得更多設備能夠藉由USB-C進行充電或供電,而USB PD技術則允許設備之間進行雙向的供電和電量協(xié)商,進一步增強它的靈活性和通用性。此外,USB-C的多功能接口支援影片輸出、音頻傳輸?shù)榷喾N功能,從而應用在更多設備中。

2.設計上的挑戰(zhàn)

具備更多功能和更高的性能,也使USB-C增加了設計的復雜性,特別是在與其他無線射頻裝置共同工作時,USB-C裝置需要有效管理射頻干擾,包括對USB裝置本身的干擾以及與其他射頻裝置(如 Wi-Fi 和藍牙設備)之間的干擾進行管理。

客戶的問題與難處

在USB-C問世之前,針對USB速度對無線射頻裝置的干擾問題并未受到足夠重視,然而隨著USB速度提升,尤其在5Gbps和10Gbps的運行模式下,這一問題變得更為明顯。這種干擾主要表現(xiàn)在2.4 GHz和5 GHz的無線射頻裝置上,可能會導致USB裝置性能下降,甚至瞬間斷線。同時,無線射頻裝置也會受到干擾,造成性能下降、訊號范圍縮小以及連接不穩(wěn)定。

問題描述

百佳泰經(jīng)手過一典型的實際案例,客戶產(chǎn)品為一款配備USB-C接口、Wi-Fi和藍牙功能的筆記本電腦,該型號支援的USB速度包括5Gbps和10Gbps,但當Wi-Fi和藍牙功能啟用時,筆記本電腦的USB-C接口性能顯著下降,僅達到略高于USB 2.0(480Mbps)的傳輸速度,同時Wi-Fi和藍牙的連接也變得不穩(wěn)定,常出現(xiàn)延遲或瞬間斷線,客戶與百佳泰具長期合作關系,因此向我們專業(yè)的團隊求助以解決問題,客戶主要面對的問題跟挑戰(zhàn)如下:客戶面臨的問題與挑戰(zhàn)

  • 性能下降:在Wi-Fi和藍牙啟用的情況下,USB-C接口的實際傳輸速度大幅下降,從5Gbps或10Gbps降至接近USB 2.0的速度。不僅影響數(shù)據(jù)傳輸效率,也限制了高帶寬應用的性能。
  • 無線連接不穩(wěn)定:Wi-Fi和藍牙連接的不穩(wěn)定性是另一個嚴重問題。當USB-C接口進行高速數(shù)據(jù)傳輸時,無線連接經(jīng)常出現(xiàn)延遲或瞬間斷線,對用戶體驗造成極大的困擾。
  • 設計和兼容性問題:對于設計師和工程師來說,在設計和實施USB-C接口時,如何有效地管理和減少射頻干擾是個巨大的挑戰(zhàn)。尤其是在集成多種功能(如USB、Wi-Fi和藍牙)的復雜系統(tǒng)中,要確保兼容性和穩(wěn)定性變得更加困難。
  • 應對策略和成本:針對上述問題,可能需要采取額外的設計和工程措施,如改進屏蔽和過濾設計、進行更嚴格的RFI測試等。這些措施會增加設計和生產(chǎn)成本,并且需要在產(chǎn)品開發(fā)早期就進行有效的測試和調整。

實際影響

產(chǎn)品問題不僅影響了性能和穩(wěn)定性,也可能對客戶的品牌聲譽造成負面影響。產(chǎn)品的體驗會直接影響到在市場的競爭力,而頻繁的連接問題和性能下降則將降低用戶的使用滿意度,并且導致退貨率上升或使用者流失。

解決方案

針對該客戶USB-C接口干擾無線射頻訊號的問題,經(jīng)由百佳泰分析發(fā)現(xiàn)了幾個關鍵因素,并提出了對應的解決方案。

問題分析:

  1. 阻抗不匹配和信號skew
    • RFI測試失敗的主要可能原因包括trace上組件的阻抗不匹配、PCB貫孔過多以及trace不等長。這些問題會導致信號skew,產(chǎn)生共模訊號,進而影響RFI測試結果。
  1. USB-C設備的整體屏蔽不足
    • USB-C設備的屏蔽設計未能有效阻擋訊號干擾,導致USB運行時對周圍的無線射頻裝置造成干擾。
  1. USB-C連接器的訊號外溢:
    • 盡管USB-C連接器的屏蔽有所改進,但USB訊號仍可能從連接器的針腳之間外溢,干擾無線射頻訊號,尤其在高速度模式(如 5Gbps 或以上)更為明顯。
  1. Wi-Fi和藍牙天線走線過于接近PCB上的USB走線:
    • Wi-Fi和藍牙的天線走線與PCB上的USB走線距離過近,造成了相互干擾,影響無線訊號的穩(wěn)定性。

解決方案:

我們依照問題的分析,提供以下建議給客戶進行調整的參考。

1.改進屏蔽設計

目標:提升USB-C接口的屏蔽效果,減少對無線射頻裝置的干擾。

建議措施

  • 增強屏蔽材料:使用高效屏蔽材料包覆USB-C接口,減少外部干擾。
  • 改進屏蔽結構:設計完善的屏蔽結構,與PCB良好接觸并確保USB-C 接口的訊號不會輕易外泄。
  • 增強接地:提高屏蔽結構的接地效果,強化USB-C的GND、減少PCB GND與USB-C GND之間的阻抗不匹配,降低干擾。

2.優(yōu)化過濾措施

目標:在設計中添加過濾器,以抑制高頻噪聲和干擾。

建議措施

  • 添加EMI濾波器:在USB-C連接器及其相關訊號在線安裝EMI濾波器,同時為trace Tx±配備CMCC(共模電感),以抑制Tx±產(chǎn)生的共模信號并減少高頻噪聲。
  • 設計濾波電路:集成濾波電路,過濾掉不必要的高頻訊號,降低對無線射頻的干擾。

3.調整設計

目標:在產(chǎn)品設計中考慮USB-C和無線功能的協(xié)同工作,進行設計調整和優(yōu)化。

建議措施

  • 合理布局天線:確保Wi-Fi和藍牙天線與USB走線保持適當距離,避免干擾。
  • 優(yōu)化PCB布局與設計:合理規(guī)劃USB和無線模塊的位置,避免高頻信號線與敏感訊號線過近。減少PCB貫孔數(shù)量,防止訊號skew導致共模訊號,并確保trace等長設計,以降低訊號skew。
  • 設計隔離區(qū)域:為USB-C和無線模塊設計隔離區(qū)域,減少相互干擾。

4.嚴格的RFI測試

目標:全面測試電磁干擾,確保 USB-C 接口高速傳輸不會干擾無線功能。

建議措施

  • 遵循標準測試程序:根據(jù)USB-IF的USB 3.2 RFI System-Level Test Procedure進行測試。
  • 測試Compliance Mode:確保USB-C進入Compliance Mode,發(fā)出CP0 pattern,符合干擾標準。
  • 進行迭代測試:多次RFI測試和調整,確保產(chǎn)品在實際使用中的可靠性。

客戶根據(jù)上述建議進行修正后,產(chǎn)品成功通過了測試,并在實際使用中表現(xiàn)正常,解決了之前訊號干擾的問題,改進措施不僅提升了產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性,也改善了用戶的使用體驗,確保USB-C設備在高速傳輸和無線功能協(xié)同工作時的良好表現(xiàn)。

創(chuàng)造價值

Time to Market with Quality!?Faster, Easier, Better!

當面對USB-C接口導致的射頻干擾問題時,百佳泰以“Faster, Easier, Better!”的核心理念提供了解決方案,具體優(yōu)勢如下:

Faster

? 迅速診斷和修復:我們的服務能夠快速識別并分析USB-C接口及其相關電路的問題,及時提出改進建議。這意味著問題診斷和解決過程比傳統(tǒng)方法更快,能夠迅速應對干擾問題,縮短產(chǎn)品上市時間。
? 實時測試和驗證:提供有效的RFI System-Level測試流程,能夠迅速完成電磁干擾測試并進行迭代,確保USB-C接口在高速傳輸下的兼容性。通過先進的測試設備和方法,能夠快速驗證設計改進的效果。
? 完善的驗證環(huán)境:百佳泰身為USB協(xié)會認證實驗室,我們提供符合標準的驗證環(huán)境和除錯協(xié)助設備,包括屏蔽室、能偵測特定頻率噪聲的頻譜分析儀、噪聲探測儀、信號放大器以及相關測試治具等。

Easier

? 多方位解決方案:一站式的服務,包括屏蔽設計優(yōu)化、過濾措施添加、RFI測試以及設計考慮,讓客戶無需分別處理各個方面的問題。簡化了整個改進過程,使客戶能夠輕松應對復雜的射頻干擾挑戰(zhàn)。
? 專業(yè)支持和咨詢:百佳泰專家團隊擁有豐富的經(jīng)驗和專業(yè)知識,能夠提供清晰的建議和指導,協(xié)助客戶理解和實施改進措施。這使得解決方案的實施過程更加簡單,降低了客戶的學習和操作成本。

Better

? 提升性能和穩(wěn)定性:藉由改進屏蔽設計、優(yōu)化過濾措施和進行嚴格的RFI測試,我們的服務能夠顯著提升USB-C接口的性能和無線功能的穩(wěn)定性。這不僅減少了干擾,還改善了產(chǎn)品的整體使用體驗。
? 符合行業(yè)標準:百佳泰提供的解決方案遵循最新的USB-IF標準和測試程序,確保產(chǎn)品符合行業(yè)規(guī)范,使客戶的產(chǎn)品在市場上保持競爭力,并獲得更多的使用認可。
? 持續(xù)改進:我們致力于提供持續(xù)的改進和支持,不斷更新技術保持解決方案的前瞻性。這保證了客戶的產(chǎn)品能夠長期維持高性能和高可靠性,應對未來的挑戰(zhàn)。

百佳泰為USB-IF認可的第三方認證實驗室,除了可以提供高質量測試能力,更可以提供問題分析與解決方案提供等顧問服務,幫助您克服挑戰(zhàn),實現(xiàn)您的產(chǎn)品目標。