应用环境与客户需求
USB-C的问世不仅显著提升了USB装置的普及率和功能性，也连带对装置设计提高了要求。除了传统的即插即用特性和透过Windows OS提供的通用驱动程序外，USB-C还支持15W的供电与USB Power Delivery (USB PD)技术，进一步扩展了USB装置的应用范围，但这些增强的功能也引入了一些设计挑战，尤其在射频干扰(RFI)的管理方面。
USB-C的应用环境和需求
1.扩展功能和普及
USB-C的普及，主因能够提供更高的供电能力和数据传输速度。15W的供电能力使得更多设备能够藉由USB-C进行充电或供电，而USB PD技术则允许设备之间进行双向的供电和电量协商，进一步增强它的灵活性和通用性。此外，USB-C的多功能接口支援影片输出、音频传输等多种功能，从而应用在更多设备中。
2.设计上的挑战
具备更多功能和更高的性能，也使USB-C增加了设计的复杂性，特别是在与其他无线射频装置共同工作时，USB-C装置需要有效管理射频干扰，包括对USB装置本身的干扰以及与其他射频装置（如 Wi-Fi 和蓝牙设备）之间的干扰进行管理。
客户的问题与难处
在USB-C问世之前，针对USB速度对无线射频装置的干扰问题并未受到足够重视，然而随着USB速度提升，尤其在5Gbps和10Gbps的运行模式下，这一问题变得更为明显。这种干扰主要表现在2.4 GHz和5 GHz的无线射频装置上，可能会导致USB装置性能下降，甚至瞬间断线。同时，无线射频装置也会受到干扰，造成性能下降、讯号范围缩小以及连接不稳定。
问题描述
百佳泰经手过一典型的实际案例，客户产品为一款配备USB-C接口、Wi-Fi和蓝牙功能的笔记本电脑，该型号支援的USB速度包括5Gbps和10Gbps，但当Wi-Fi和蓝牙功能启用时，笔记本电脑的USB-C接口性能显著下降，仅达到略高于USB 2.0（480Mbps）的传输速度，同时Wi-Fi和蓝牙的连接也变得不稳定，常出现延迟或瞬间断线，客户与百佳泰具长期合作关系，因此向我们专业的团队求助以解决问题，客户主要面对的问题跟挑战如下：客户面临的问题与挑战
- 性能下降：在Wi-Fi和蓝牙启用的情况下，USB-C接口的实际传输速度大幅下降，从5Gbps或10Gbps降至接近USB 2.0的速度。不仅影响数据传输效率，也限制了高带宽应用的性能。
- 无线连接不稳定：Wi-Fi和蓝牙连接的不稳定性是另一个严重问题。当USB-C接口进行高速数据传输时，无线连接经常出现延迟或瞬间断线，对用户体验造成极大的困扰。
- 设计和兼容性问题：对于设计师和工程师来说，在设计和实施USB-C接口时，如何有效地管理和减少射频干扰是个巨大的挑战。尤其是在集成多种功能（如USB、Wi-Fi和蓝牙）的复杂系统中，要确保兼容性和稳定性变得更加困难。
- 应对策略和成本：针对上述问题，可能需要采取额外的设计和工程措施，如改进屏蔽和过滤设计、进行更严格的RFI测试等。这些措施会增加设计和生产成本，并且需要在产品开发早期就进行有效的测试和调整。
实际影响
产品问题不仅影响了性能和稳定性，也可能对客户的品牌声誉造成负面影响。产品的体验会直接影响到在市场的竞争力，而频繁的连接问题和性能下降则将降低用户的使用满意度，并且导致退货率上升或使用者流失。
解决方案
针对该客户USB-C接口干扰无线射频讯号的问题，经由百佳泰分析发现了几个关键因素，并提出了对应的解决方案。
问题分析：
- 阻抗不匹配和信号skew：
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- RFI测试失败的主要可能原因包括trace上组件的阻抗不匹配、PCB贯孔过多以及trace不等长。这些问题会导致信号skew，产生共模讯号，进而影响RFI测试结果。
- USB-C设备的整体屏蔽不足：
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- USB-C设备的屏蔽设计未能有效阻挡讯号干扰，导致USB运行时对周围的无线射频装置造成干扰。
- USB-C连接器的讯号外溢：
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- 尽管USB-C连接器的屏蔽有所改进，但USB讯号仍可能从连接器的针脚之间外溢，干扰无线射频讯号，尤其在高速度模式（如 5Gbps 或以上）更为明显。
- Wi-Fi和蓝牙天线走线过于接近PCB上的USB走线：
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- Wi-Fi和蓝牙的天线走线与PCB上的USB走线距离过近，造成了相互干扰，影响无线讯号的稳定性。
解决方案：
我们依照问题的分析，提供以下建议给客户进行调整的参考。
1.改进屏蔽设计
目标：提升USB-C接口的屏蔽效果，减少对无线射频装置的干扰。
建议措施：
- 增强屏蔽材料：使用高效屏蔽材料包覆USB-C接口，减少外部干扰。
- 改进屏蔽结构：设计完善的屏蔽结构，与PCB良好接触并确保USB-C 接口的讯号不会轻易外泄。
- 增强接地：提高屏蔽结构的接地效果，强化USB-C的GND、减少PCB GND与USB-C GND之间的阻抗不匹配，降低干扰。
2.优化过滤措施
目标：在设计中添加过滤器，以抑制高频噪声和干扰。
建议措施：
- 添加EMI滤波器：在USB-C连接器及其相关讯号在线安装EMI滤波器，同时为trace Tx±配备CMCC（共模电感），以抑制Tx±产生的共模信号并减少高频噪声。
- 设计滤波电路：集成滤波电路，过滤掉不必要的高频讯号，降低对无线射频的干扰。
3.调整设计
目标：在产品设计中考虑USB-C和无线功能的协同工作，进行设计调整和优化。
建议措施：
- 合理布局天线：确保Wi-Fi和蓝牙天线与USB走线保持适当距离，避免干扰。
- 优化PCB布局与设计：合理规划USB和无线模块的位置，避免高频信号线与敏感讯号线过近。减少PCB贯孔数量，防止讯号skew导致共模讯号，并确保trace等长设计，以降低讯号skew。
- 设计隔离区域：为USB-C和无线模块设计隔离区域，减少相互干扰。
4.严格的RFI测试
目标：全面测试电磁干扰，确保 USB-C 接口高速传输不会干扰无线功能。
建议措施：
- 遵循标准测试程序：根据USB-IF的USB 3.2 RFI System-Level Test Procedure进行测试。
- 测试Compliance Mode：确保USB-C进入Compliance Mode，发出CP0 pattern，符合干扰标准。
- 进行迭代测试：多次RFI测试和调整，确保产品在实际使用中的可靠性。
客户根据上述建议进行修正后，产品成功通过了测试，并在实际使用中表现正常，解决了之前讯号干扰的问题，改进措施不仅提升了产品的性能和稳定性，也改善了用户的使用体验，确保USB-C设备在高速传输和无线功能协同工作时的良好表现。
创造价值
Time to Market with Quality! Faster, Easier, Better!
当面对USB-C接口导致的射频干扰问题时，百佳泰以“Faster, Easier, Better!”的核心理念提供了解决方案，具体优势如下：
Faster
• 迅速诊断和修复：我们的服务能够快速识别并分析USB-C接口及其相关电路的问题，及时提出改进建议。这意味着问题诊断和解决过程比传统方法更快，能够迅速应对干扰问题，缩短产品上市时间。
• 实时测试和验证：提供有效的RFI System-Level测试流程，能够迅速完成电磁干扰测试并进行迭代，确保USB-C接口在高速传输下的兼容性。通过先进的测试设备和方法，能够快速验证设计改进的效果。
• 完善的验证环境：百佳泰身为USB协会认证实验室，我们提供符合标准的验证环境和除错协助设备，包括屏蔽室、能侦测特定频率噪声的频谱分析仪、噪声探测仪、信号放大器以及相关测试治具等。
Easier
• 多方位解决方案：一站式的服务，包括屏蔽设计优化、过滤措施添加、RFI测试以及设计考虑，让客户无需分别处理各个方面的问题。简化了整个改进过程，使客户能够轻松应对复杂的射频干扰挑战。
• 专业支持和咨询：百佳泰专家团队拥有丰富的经验和专业知识，能够提供清晰的建议和指导，协助客户理解和实施改进措施。这使得解决方案的实施过程更加简单，降低了客户的学习和操作成本。
Better
• 提升性能和稳定性：藉由改进屏蔽设计、优化过滤措施和进行严格的RFI测试，我们的服务能够显著提升USB-C接口的性能和无线功能的稳定性。这不仅减少了干扰，还改善了产品的整体使用体验。
• 符合行业标准：百佳泰提供的解决方案遵循最新的USB-IF标准和测试程序，确保产品符合行业规范，使客户的产品在市场上保持竞争力，并获得更多的使用认可。
• 持续改进：我们致力于提供持续的改进和支持，不断更新技术保持解决方案的前瞻性。这保证了客户的产品能够长期维持高性能和高可靠性，应对未来的挑战。
百佳泰为USB-IF认可的第三方认证实验室，除了可以提供高质量测试能力，更可以提供问题分析与解决方案提供等顾问服务，帮助您克服挑战，实现您的产品目标。