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[技术交流] USB 3.2 Gen 1对Wi-Fi的干扰

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发表于 2019-11-5 22:44:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

当你兴奋的买来了一台最新的电脑,然后插上U盘接着连接无线网后,你会惊讶的发现怎么以前旧电脑都能好好使用的无线网络,在新电脑上却完全无法使用,难道是被奸商坑了?哦,在你打算去找奸商理论之前,请先看下你是不是在用USB 3.2 Gen 1,以及你的WiFi使用的是2.4GHz频段,如果你刚好满足这两个要求,那么恭喜你,你没有被奸商坑,因为USB 3.2 Gen 1和2.4GHz 的Wi-Fi就是不兼容的。

  USB3.0的高速由来

  USB接口除了电源的正负极两个管脚之外,还有两个是使用差分信号传输(Differential Signal)的数据线,可能与你所想象的不一样,USB并不是全双工模式工作,也就是不能同时实现发送数据和接受数据,两根数据线是同时接受数据或者发送数据,他们的电信号振幅相同,相位相反。

  这么做有4个好处,首先就是抗干扰能力强,外界的干扰同时干扰两根信号线,两者相减之后抵消,几乎就等于没干扰;再来就是因为两根线的信号相位相反,产生的电磁感应磁场也相互抵消,对外电磁干扰小;然后因为差分信号不是以电平高低为依据,因此受温度的影响也会降低;最后就是差分信号的电压可以做的比较小,降低设备的耗电量。有了以上的优点,USB成为了业界名副其实的统一传输接口,特别是USB 3.2 Gen 1加上TYPE-C接口,几乎坐实了一哥的位置。

  USB2.0的传输速度是480Mbps,所以差分信号就是240MHz,而USB 3.2 Gen 1的传输速度提升到了5Gbps,差分信号猛的就增加到了2.5GHz,是不是觉得这个频率很眼熟?没错,我们的Wi-Fi信号用的频段就是2.4GHz,与USB3.0的频率极为接近。但是还是有0.1GHz的差距存在,严格来说也不一定会造成太大干扰,那么再来看下USB 3.2 Gen 1使用的另一项技术,频域扩展(Spread Spectrum Clock)。

  USB3.0引入频域扩展

  频域扩展技术是将中心频率分散到更宽的频域中通信的一种技术,日常生活中我们已经有很多产品是使用了这个技术的,比如CDMA通信,以及WLAN(IEEE 802.11系列标准)中都在使用这项技术。

  USB 3.2 Gen 1中也使用了频域扩展技术,目的是为了减少高频带来的干扰,将原来集中在2.5GHz的频率往上和往下延伸,这样在2.5GHz的电磁波辐射能量就会降低了。

  USB 3.2 Gen 1以2.5GHz为中心,频谱能量呈Sin函数绝对值分布,下一个能量集中的地方在三次谐波7.5GHz,所以USB 3.2 Gen 1线材规范中针对7.5GHz制定要求,所以下次买USB 3.2 Gen 1线的时候千万不要贪便宜买劣质线材哦。

  成也萧何败也萧何

  为了减少中心频率的电磁波辐射而引入的频域扩展技术,却给我们带来了意想不到的麻烦,没错,扩展的频率中刚好包含了2.4GHz频率,这个频率就是我们Wi-Fi中经常会用到,更不幸的是,2.4GHz频率因为离2.5GHz频率太近了,导致在这个频率范围内信号衰减很少,这就导致了USB 3.2 Gen 1会严重干扰到2.4GHz的信号传输,而5GHz频率因为与2.5GHz离的相对较远,信号几乎衰减的差不多了,因此使用5GHz的Wi-Fi路由器可以与USB 3.2 Gen 1共存使用。  

     其实还有一个更不幸的消息,USB 3.2 Gen 2传输速度提升到了10Gbps,差分信号到了5GHz,外加频域扩展技术,大家会很自然的想到5.8GHz的802.11a、802.11n、802.11ac乃至以后的802.11ax是否会受到影响。但答案是令人沮丧的,必定会影响,甚至在实测中发现最新MacBook也中招了。

       应对办法

  不幸的是目前行业上没有很好的解决办法,唯一的办法也只能是做做好USB 3.0的电磁屏蔽措施,可是频闭电磁波的方法在台式机或许还能使用,但是在笔记本上由于USB模块和WIFI模块实在是太近了,根本没有办法做到有效的屏蔽,所以在笔记本上,要么你只能用USB 3.0,要么只能用Wi-Fi,如果你又想用Wi-Fi又想用USB 3.0那么,你就花点钱买个5GHz频段的无线路由器,或者直接用网线吧。

      最后附上一篇IC大佬Inter出的一个白皮书,对各位有兴趣的应该还是具有参考意义的。



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