安立通讯案例分享 | 用频谱仪构建USB 3.2 RFI测试环境

5/20/2024，光纤在线讯，背景：为解决USB 3.2通信中电磁噪声导致无线通信质量下降，USB-IF设立RFI测试。在企业标语“Innovator in Electronics”的引导下，村田制作所（以下简称为村田）向全球各个市场提供电子设备和设备，包括通信和汽车行业。通过覆盖从材料到成品的整个过程的垂直集成生产系统，村田生产出高度独特的产品，在不同领域获得了巨大的市场份额。此外，这些产品在电子元件行业一直创造着极高的利润率。

     村田的EMI部门专门为各种市场开发噪声抑制解决方案，包括商品市场、汽车行业、工业电气设备等。通过利用村田的专有技术并将最先进的感应设备推向市场，村田能够有效地满足客户的需求。村田的EMI部门通过利用评估板和其他工具为特定应用提出最佳组件来解决客户的担忧。他们还利用村田的消声暗室等资源为噪声评估提供支持。

     该部门目前正专注于解决与USB Type-C标准相关的电磁噪声问题，该标准正迅速成为行业标准。在过去，笔记本电脑等电子设备具有各种连接器和电缆，导致了外部接口标准的激增。然而，最近出现了将这些连接器统一到USB Type-C标准下以支持不同接口的趋势。USB 3.2通信的一个挑战是，它往往会在2.4 GHz频段中产生大量噪声信号。这导致了重大问题，如传输速度降低和通信质量下降，因为USB通信的噪声信号会干扰WLAN和蓝牙通信设备。

     针对这一问题，负责USB技术标准化的组织USB实施者论坛（USB-IF）在2021年为USB通信引入了新的“USB 3.2 RFI系统级测试（RFI测试）”噪声标准。本标准概述了一种测试方法，以确保USB设备不会影响WLAN通信的质量。它旨在解决USB 3.2通信过程中的噪声干扰问题，这可能会干扰鼠标和耳机等外围无线设备的功能。

应用
使用频谱分析仪MS2830A构建完全符合标准的噪声评估环境

      
（a）MS2830A和在村田建立的RFI测试环境 。
  (b) 噪声抑制解决方案将USB-IF指定的夹具插入DUT的Type-C接口，并通过同轴电缆将其连接到频谱仪。DUT传输测试信号。判断频谱仪观测到的噪声是否达到极限。

     噪声抑制解决方案是村田的核心优势之一。村田能够按照客户的特定电路特性提供和建议定制噪声抑制解决方案。EMI滤波器部应用开发部门的Nakase先生重点介绍了其旗舰产品--共模扼流线圈（CMCC）的如下主要功能。

     CMCC NFG系列在各种频段上表现出出色的噪声抑制和传输特性，包括WLAN、蓝牙技术、5G NR Sub-6GHz等。这些噪声抑制产品对USB和HDMI等所有高速传输接口都非常有效。CMCC在保持信号完整性的同时有效地抑制噪声。利用这些CMCC的能力，成功地开发了解决各种噪声相关问题的解决方案。 

     针对与USB Type-C相关的噪声问题，村田立即采取行动，并开始开发噪声抑制解决方案。村田作为首批为USB-IF的新噪声标准建立RFI测试环境并开发相应噪声抑制技术的公司之一，展示了其积极主动的方法。EMI滤波器部门的Oota先生对这些重大成就的看法如下。 

     “该项目的目标是为在USB设备研发中面临噪声特性挑战的客户提供噪声抑制措施和解决方案的实际示例。为了实现这一点，我们及时对RFI测试要求进行了彻底检查，并建立了一个评估环境。我认为，我们最大的优势在于我们对RFI测试的测量原理有全面的了解，我们有能力阐明噪声产生背后的机制，以及我们有能力制定最佳的噪声控制措施。”

     Nakase先生还指出了最具挑战性的方面：“简单地安装我们的降噪CMCC产品并不能解决噪音问题。因此，我们利用我们在噪音控制方面的知识和经验，进行了多次假设验证。通过试错，我们结合了增强Type-C连接器的GND和根据CMCC的安装位置抑制共模信号等措施，有效地消除了噪音。”

     为了建立RFI测试的评估环境，村田采用了安立公司MS2830A频谱分析仪，该分析仪在RFI测试流程文档中有规定。他们评估了USB 3.2电路产生的噪声，并利用其在噪声控制方面的专业知识，通过应用CMC来验证其有效性。

实施成果与展望
明确USB 3.2通信过程中导致噪声产生的机制，并制定噪声抑制解决方案

     Oota先生高度赞赏了村田用于评估噪声抑制解决方案的MS2830A信号分析仪，他说：“我发现安立MS2830A由于其用户友好的界面和降低的操作错误风险而非常出色。能够同时以CSV格式输出多组跟踪数据，大大提高了评估效率。此外，MS2830A配备了信号发生器，我们将其用于其他噪声评估，如抗扰度测试中的射频伪信号输出。”

     USB 3.2噪声抑制解决方案成功阐明了噪声产生机制和措施。通过将Type-C连接器的增强GND阻抗匹配与信号布线上的CMCC安装相结合，有效地抑制了共模噪声。这些措施已在使用笔记本电脑作为被测设备的RFI测试中得到证明。由于这些成就，村田获得了众多客户的高度赞誉。

     此外，与其他设备制造商的合作研究正在进行中，他们的噪声抑制措施有望成为行业标准。EMI部门将服务的未来市场，包括短距离连接和汽车行业，正在见证Wi-Fi 7和USB 4.0的普及、PCle 6.0的采用等加速数据传输以及汽车AD/ADAS系统的进步。在这些市场中，解决噪声问题变得更加重要。

     Nakase先生解释道：“在EMI部门运营的市场上，进一步的设备小型化和接口加速以及高密度电路集成将继续推进。因此，电子设备内部的自干扰和射频通信质量恶化等挑战可能会变得更加突出”。此外，随着AR/VR和物联网设备等尖端技术的日益普及，预计还会出现更复杂的噪声问题。村田旨在利用其专业知识提供创新解决方案。

     展望未来，当6G等新的通信标准出现时，Oota先生表示希望安立能迅速开发出能够根据这些标准进行评估的测试仪器：“我们依赖安立的系统，该系统可以评估具有高再现性的最先进的通信技术。通过我们的部件制造公司与作为射频测试仪器提供商的安立公司之间的合作，我们旨在创建一个框架和环境，使我们能够在全球范围内竞争。”凭借安立的测试技术提供无与伦比的支持，村田可以在全球范围内部署尖端的噪声抑制解决方案。

      
MS2830A频谱分析仪
关于安立
     安立公司是一家拥有120多年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家，拥有约4,000名员工。