Murata USB 3.1에 대한 잡음 억제

USB 3.1 장치 잡음 상황

USB 3.1 장치의 방사 잡음 상황은 어떻습니까?

USB 3.1 Gen 1 잡음 상황은 USB 3.0의 잡음과 유사한 것으로 간주되므로 USB 3.0 PC 및 외부 HDD가 연결되고 방사 잡음이 관찰되었습니다(아래 그림 1).

Type A-Type B 및 Type C-Type C 연결 케이블을 사용했습니다. 둘다 원하지 않는 방사선 잡음에 대한 규제 범위 내에서 잡음 수준을 가지고 있었기 때문에 이것은 문제가 되지 않았습니다.

이러한 결과를 바탕으로 Murata는 USB 3.1 장치에 잡음 억제 기능이 필요한지 여부를 알고자 했습니다. 실제로 원치 않는 방사에 대한 잡음 규제와는 다른 이유로 잡음 억제가 필요합니다.

USB 3.0 기능 방사 잡음

USB 3.1 장치에서 잡음 문제

점점 더 많은 디지털 장치에 스마트폰과 같은 통신 기능이 포함됩니다. 스마트폰에는 소형 프레임에 내장된 다양한 디지털 회로가 포함되어 있으며 이러한 회로는 디지털 잡음을 발생시킵니다.

이러한 잡음이 스마트폰 안테나로 유입되면 기지국의 전파와 혼합되어 수신 감도가 떨어집니다. 일반적으로 디지털 보드에서 직접 안테나에 잡음이 유입되는것을 방지하기 위해 충분한 대책이 취해 집니다. 하지만 USB 또는 기타 인터페이스 케이블을 스마트폰에 연결하면 케이블이 방사선의 소스가 되어 안테나에 유입되는 잡음이 증가하고 수신 감도가 떨어집니다.

잡음 비교

그림 2(아래)는 간단한 측정 환경에서 측정한 LTE 수신 블록 안테나 입력 잡음을 보여줍니다.이는 USB 케이블이 연결되면 잡음 레벨이 약 20dB까지 증가한다는 것을 보여줍니다.

USB 3.1 장치에 대한 잡음 억제

USB 3.1 장치의 효과적인 잡음 억제 방법은 커넥터에 잡음 필터를 적용하는 것입니다. 하지만 신호 라인에서 고속 차동 신호가 흐르고 사용되는 필터가 신호 품질에 부정적인 영향을 주지 않도록 주의해야 합니다.

공통 모드 잡음 필터는 차동 신호에 거의 영향을 주지 않으며 방사 잡음의 주요 원인인 공통 모드 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 유형의 잡음 필터입니다. 따라서 USB 3.1용 Murata 공통 모드 잡음 필터는 차동 신호 라인 페어(아래 그림 3)에 삽입됩니다.

공통 모드 잡음 필터를 사용하면 최대 10dB(아래 그림 4)까지 안테나로 유입되는 잡음 레벨을 줄일 수 있습니다.

공통 모드 잡음 필터 삽입 위치

공통 모드 잡음 필터의 잡음 감소 효과

추가 대책 - GND 개선

잡음 레벨을 더욱 향상시키기 위해 잡음 필터를 사용하는 것 이외의 대책도 취했습니다. USB 케이블은 잡음을 쉽게 방출하지 않는 연선 구조를 사용하여 신호의 차동 전송을 수행합니다.

하지만 케이블 차폐 장치로 유입되는 잡음은 차폐 장치에서 방출될 수 있으므로 GND가 대책으로 개선되었습니다.

측정된 장치에서, USB 커넥터와 보드는 원래 하나의 나사와 여러 핑거 개스킷을 사용하여 연결되었습니다.

USB 커넥터 프레임과 스마트폰 보드 GND는 구리 포일 테이프를 사용하여 연결되어 강력한 연결을 생성하고 임피던스를 줄입니다(아래 그림 5).

GND의 개선으로 잡음 레벨이 약 6dB에서 8dB로 감소했습니다.

GND 개선 효과

추가 대책 - 케이블 변경

USB 케이블마다 방사 잡음 레벨이 다를 수 있습니다.

원래 장치와 함께 제공된 USB 케이블은 상업적으로 사용 가능한 다른 USB 케이블로 변경되었습니다. 그림 6(아래)은 결과를 보여줍니다. 이 경우, 제공된 케이블은 잡음 레벨이 더 낮고 최대 10dB의 차이가 있었습니다. 따라서 잡음 억제에 적합한 케이블을 선택하는 것이 중요합니다.

케이블로 인한 잡음 레벨 차이

요약

다양한 대책으로 안테나에 들어오는 잡음을 최대 20dB까지 감소시켰습니다. 또한 대역에 따라 약 8dB까지 LTE 수신 감도를 향상시켰습니다(그림 7, 아래).

이를 통해 USB 케이블이 연결되었을 때 수신 레벨이 향상되었으므로, 서비스 범위를 줄이지 않는 USB 장치를 구현할 수 있습니다.

대책 내용:
        •   공통 모드 잡음 필터 삽입
        •   GND 개선
        •   적절한 USB 케이블 선택

대책 결과 요약

커뮤니티 포럼

Murata 커뮤니티 포럼은 다양한 토론 주제, 인기 블로그 및 기사와 함께 검색 가능한 콘텐츠를 제공합니다. Murata의 광범위한 시장 지원 팀은 개방형 문제를 논의하기 위해 정기적으로 검토를 실시하므로 질의에 대해 시기 적절한 방식으로 답변할 수 있습니다. 포럼 콘텐츠는 대중이 자유롭게 이용할 수 있습니다. 하지만 사용자는 로그인하여 질문이나 답변을 게시해야 합니다. 등록은 무료입니다.