USB改朝换代 静噪元件如何迎接EMI挑战|村田(中国)投资有限公司高级工程师 范为俊

USB改朝换代 静噪元件如何迎接EMI挑战|村田(中国)投资有限公司高级工程师 范为俊

由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0推广小组于 2008年11月18日 发布了新一代USB 3.0标准。新规范提供了十倍于USB2.0的传输速度和更高的节能效果，可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。然而，USB3.0要想早日普及，则要面临来自技术和市场的各项挑战。从设备制造商的角度来讲，他们最担心的问题莫过于较高传输速度而带来EMI问题的增加。对此，EMI抑制元器件的生产商正在加速新型产品的研发和解决方案的制订。                
       2010年7月，位于上海的村田电磁兼容实验中心投入运营。对于村田首次在海外建造拥有最先进的检测设备的“电磁兼容实验中心”，村田方面表示，这顺应了市场的需求，村田收到了越来越多客户关于MIPI、USB3.0、ESD噪声抑制的需求，希望建立实验中心为中国公司提供和日本一样的噪声抑制技术支持和噪声解决方案。                 
       本期《华强电子》采访了村田(中国)投资有限公司产品技术部专业人员，让我们听听元件厂商是如何解决USB3.0 EMI噪声问题的。                  
       USB3.0两年内将起飞 噪声抑制引关注               
       随着USB3.0的应用将在主控端与装置端技术逐渐成熟，芯片与连接器等配套零件价格因竞争激烈而有效下降，处理器厂商Intel与AMD大力支持的情况下，USB3.0在2011年成为新一代主流的传输接口，取代USB2.0的效应将逐渐发酵。目前USB3.0开始进入需要更大存储空间的便携式设备之中，例如数码相机、便携式媒体播放器和高端手机。                 
       对于即将起飞的USB3.0，村田比较看好。村田高级工程师范为俊告诉记者，USB3.0作为一个新的接口标准,为了满足高速传输的需要, 于2008年11月份出炉了第一版标准,目标应用包括Host的电脑, 以及设备端的存储设备、数码相机、MP4/MP5等。目前，设备端的应用主要体现在硬盘、存储设备、USB3.0 PCIe Card、 USB3.0 Express Card 和USB3.0 HUB等方面，已经比较普及。芯微USB3.0芯片的出货量已经达到100万片,基本达到各个厂家的预期。但在Host端(PC端)的应用还是非常少，其IC主要的厂商是NEC,明显少于设备端控制IC的厂商（比如，Symwave, lucidport, Fujitsu）。               
       他认为，随着高清视频、大型游戏机、智能手机的大量出现, USB3.0前景总体一片光明。但2011年以后USB3.0才能开始逐步取代USB2.0, 预计到2015年需求量可以达到23亿片,而50%还是会集中在存储器领域，而且随着出货量的增加, USB3.0控制芯片的价格有望进一步降低。            
       便携设备要采用USB3.0，是毋庸置疑的，设备上均需集成工作速率处于Gbps量级的高速接口，这将对便携设备的设计产生很大影响。设备制造商的工程师特别关注的是在高数据速率下抑制噪声与散热的问题。他们表示，在高速接口中，需要采取全新的方法来解决EMI(电磁干扰)问题。例如，为了处理USB3.0中2.5GHz信号频率的三次和五次谐波，需要采用截止频率高达7.5GHz～12.5GHz的共模滤波器。            
       显然要解决EMI噪音问题，少不了抑制元器件厂商的不懈努力。为此，村田等企业都已开发出了相关的产品和方案。            
       静噪元件开发首当其冲             
       SSD (Solid State Drive)等高速设备的出现，使USB2.0最高480Mbps的传输速度变得稍显不足，为此就需要既能体现USB的便利性，又具备更快速的数据传输新接口技术。在这样的状况下，最高速度扩大到5Gbps的USB3.0应运而生。USB3.0接口能够透过两对SDP线达到信号双向传输，最大也能够提供约900mA的电力，同时也在电源管理上采取智能型设定，能够在待机时间切断电力。而USB3.0的传输速度较USB2.0高出约10倍，因此对于未来高画质影音以及大容量文件传输均能大幅降低所用传输时间。这就对静噪元件提出了更高的要求。范为俊指出，因为信号频率更高, 噪音频率也更高, 所以以前用于USB2.0的静噪音元件在截止频率, 共模插入损耗等方面已经无法满足。             
       他介绍说，针对USB2.0的EMI解决方案已经非常成熟, 比如电源线和地线上安装铁氧体磁珠, 差分信号线上安装村田的共模扼流圈DLW21HN900SQ2, 这样可以很好解决EMI问题。但是面对USB3.0陡然增加的传输速度, USB2.0上使用的静噪元件显然很难满足USB3.0的应用。目前被动元器件厂家都在开发新的能满足USB3.0应用的共模扼流圈, 主要向高截止频率, 高插入损耗的方向开发以满足更高频率的噪音抑制要求。比如村田开发的DLP11TB800UL2, 截止频率可以达到8GHz, 而且在2.5GHz时的共模插入损耗可以达到20dB。它既能很好的保持信号的完整性, 又能有效的抑制共模噪音, 而且尺寸小(1.25*1.0mm)而薄(0.3mm), 非常适合目前USB3.0的应用。特别是目前USB3.0的应用还主要是硬盘, SSD, PCI express card 等为主, 这些应用对共模扼流圈的尺寸要求很苛刻，特别是厚度, 村田这种超薄的产品能很好的满足这种小型化的要求。