應用環境與客戶需求
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。除了傳統的隨插即用特性和透過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裝置的應用範圍，但這些增強的功能也引入了一些設計挑戰，尤其在射頻干擾(RFI)的管理方面。
USB-C的應用環境和需求
- 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據傳輸速度。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、音頻傳輸等多種功能，從而應用在更多設備中。
- 設計上的挑戰
具備更多功能和更高的性能，也使USB-C增加了設計的複雜性，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並未受到足夠重視，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、訊號範圍縮小以及連接不穩定。
問題描述
百佳泰經手過一典型的實際案例，客戶產品為一款配備USB-C接口、Wi-Fi和藍牙功能的筆記型電腦，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，筆記型電腦的USB-C接口性能顯著下降，僅達到略高於USB 2.0（480Mbps）的傳輸速度，同時Wi-Fi和藍牙的連接也變得不穩定，常出現延遲或瞬間斷線，客戶與百佳泰具長期合作關係，因此向我們專業的團隊求助以解決問題，客戶主要面對的問題跟挑戰如下：
客戶面臨的問題與挑戰
- 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。不僅影響數據傳輸效率，也限制了高帶寬應用的性能。
- 無線連接不穩定：Wi-Fi和藍牙連接的不穩定性是另一個嚴重問題。當USB-C接口進行高速數據傳輸時，無線連接經常出現延遲或瞬間斷線，對用戶體驗造成極大的困擾。
- 設計和相容性問題：對於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。尤其是在集成多種功能（如USB、Wi-Fi和藍牙）的複雜系統中，要確保相容性和穩定性變得更加困難。
- 應對策略和成本：針對上述問題，可能需要採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成本，並且需要在產品開發早期就進行有效的測試和調整。
實際影響
產品問題不僅影響了性能和穩定性，也可能對客戶的品牌聲譽造成負面影響。產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，並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，經由百佳泰分析發現了幾個關鍵因素，並提出了對應的解決方案。
問題分析：
- 阻抗不匹配和信號skew：
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- RFI測試失敗的主要可能原因包括trace上元件的阻抗不匹配、PCB貫孔過多以及trace不等長。這些問題會導致信號skew，產生共模訊號，進而影響RFI測試結果。
- USB-C設備的整體屏蔽不足：
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- 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。
- USB-C連接器的訊號外溢：
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- 儘管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。
- Wi-Fi和藍牙天線走線過於接近PCB上的USB走線：
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- 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。
- 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良好接觸並確保USB-C 接口的訊號不會輕易外洩。
- 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。
- 優化過濾措施
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線上安裝EMI濾波器，同時為trace Tx±配備CMCC（共模電感），以抑制Tx±產生的共模信號並減少高頻噪聲。
- 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。
- 調整設計
目標：在產品設計中考慮USB-C和無線功能的協同工作，進行設計調整和優化。
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。
- 優化PCB佈局與設計：合理規劃USB和無線模組的位置，避免高頻信號線與敏感訊號線過近。減少PCB貫孔數量，防止訊號skew導致共模訊號，並確保trace等長設計，以降低訊號skew。
- 設計隔離區域：為USB-C和無線模塊設計隔離區域，減少相互干擾。
- 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，確保產品在實際使用中的可靠性。
客戶根據上述建議進行修正後，產品成功通過了測試，並在實際使用中表現正常，解決了之前訊號干擾的問題，改進措施不僅提升了產品的性能和穩定性，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同工作時的良好表現。
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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，具體優勢如下：
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- 迅速診斷和修復：我們的服務能夠快速識別並分析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方法更快，能夠迅速應對干擾問題，縮短產品上市時間。
- 即時測試和驗證：提供高效的RFI System-Level測試流程，能夠迅速完成電磁干擾測試並進行迭代，確保USB-C接口在高速傳輸下的相容性。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。
- 完善的驗證環境：百佳泰身為USB協會認證實驗室，我們提供符合標準的驗證環境和除錯協助設備，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。
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- 全方位解決方案：一站式的服務，包括屏蔽設計優化、過濾措施添加、RFI測試以及設計考量，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，使客戶能夠輕鬆應對複雜的射頻干擾挑戰。
- 專業支持和諮詢：百佳泰專家團隊擁有豐富的經驗和專業知識，能夠提供清晰的建議和指導，協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
- 提升性能和穩定性：藉由改進屏蔽設計、優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定性。這不僅減少了干擾，還改善了產品的整體使用體驗。
- 符合行業標準：百佳泰提供的解決方案遵循最新的USB-IF標準和測試程序，確保產品符合行業規範，使客戶的產品在市場上保持競爭力，並獲得更多的使用認可。
- 持續改進：我們致力於提供持續的改進和支援，不斷更新技術保持解決方案的前瞻性。這保證了客戶的產品能夠長期維持高性能和高可靠性，應對未來的挑戰。
百佳泰為USB-IF認可的第三方認證實驗室，除了可以提供高品質測試能力，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，實現您的產品目標。
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